¿Cómo funcionan los imanes? Sabemos más o menos cómo funciona un ordenador, qué es un agujero negro y puede que hasta dominemos el ritual de hacer la declaración de la renta, pero… ¿cómo funciona un imán? Podemos ensimismarnos durante largos minutos si nos dan un imán, buscando pedazos de metal que respondan a él. Si en lugar de uno nos dan dos, los minutos pueden volverse horas. Nos embelesan y, en parte, es porque nos siguen pareciendo casi mágicos, incluso aunque entendamos más o menos cómo funcionan. Sabemos que un imán tendrá siempre un polo norte y un polo sur y que, aunque se rompa en pedazos, cada parte seguirá teniendo un polo norte y otro sur. Conocemos los secretos para generar electricidad con ellos, podemos estropear aparatos electrónicos y, lo que más nos maravilla: son capaces de actuar a distancia, sin tocarse. ¿Cómo es esto posible? ¿Pueden dos objetos interactuar si no se tocan ni intercambian algo?

Sea como sea, los imanes se atraen, concretamente sus polos contrarios y, cuanto más cerca se encuentren, más fuerte se atraen. Lo contrario ocurre con los polos iguales, el norte repelerá al norte a distancia, impidiendo que se toquen, alejándonos con más fuerza cuanto más cerca estén los imanes. Siguen una ley de la inversa del cuadrado, esto es: a medida que se alejan, la interacción entre dos imanes se reduce exponencialmente. ¿Dónde está el truco? Si hacemos caso a lo que se dice en algunos manuales de física, es imposible que existan acciones a distancia. Por ejemplo, la luz viaja entre la fuente y lo iluminado en forma de partículas a las que llamamos fotones. ¿Qué sucede con el magnetismo?

La clave está en el tiempo

En realidad, no es del todo cierto que la física tenga problemas con las acciones a distancia. Es verdad que la relatividad cambió nuestra forma de verlas, pero no porque dejen de ser posibles, sino porque ya no pueden ser inmediatas. Son muchas las conclusiones que se pueden derivar de las famosas teorías de la relatividad de Einstein y una de ellas es que nada puede acelerar hasta alcanzar la velocidad de la luz en el vacío. O como se dice popularmente para simplificar: nada puede viajar más rápido que la luz. Esto significa que, si hacemos aparecer un imán en medio de una habitación llena de cucharas, estas no se sentirán atraídas inmediatamente, tendrá que pasar un tiempo antes de que el imán ejerza su fuerza y ese tiempo dependerá de la distancia a la que se encuentren las cucharas.

Ese tipo de acción a distancia no confronta la localidad que presuponemos para que las teorías de la relatividad tengan sentido. Y, aunque puede que en algún momento acabemos rechazándolas, por ahora conviene estar a bien con ellas. Así que, partiendo de este concepto, lo que debemos preguntarnos es cómo logran interactuar dos objetos que están separados y entre los que, aparentemente, no está viajando nada. La clave está en un concepto algo complejo, pero que, en realidad, llevábamos siglos intuyendo: los campos.

Todo será campo

Los imanes reciben su nombre por Magnesia, el lugar donde los griegos descubrieron la magnetita, una roca con propiedades ferromagnéticas. Antes incluso de eso, los humanos ya experimentábamos con estas extrañas propiedades y, posiblemente, habíamos descubierto las líneas de campo magnético. Si ponemos sobre un folio limaduras de un material que se sienta atraído por los campos magnéticos, bajo él colocamos un imán y agitamos ligeramente la hoja, veremos que las limaduras se disponen formando líneas curvas que salen de un polo para entrar por el otro. Esto significa que, en cada lugar en torno al imán, se experimenta una intensidad diferente en el magnetismo y en una dirección diferente. Este concepto es, simplificándolo mucho, el de campo magnético: los valores que toma el magnetismo en cada punto del espacio en torno a un objeto. Para algunos solo son un objeto matemático muy útil para trabajar con fuerzas como el electromagnetismo. Para otros es algo más. En realidad, todo depende de lo que estemos entendiendo por campo.

Las líneas de campo magnéticas no son un invento nuestro y, por lo tanto, aunque el concepto de campo lo sea un poco, está dando cuenta de algo real y medible. En ese grado, existe por sí solo, fuera de las matemáticas. Puede que nos resulte difícil de imaginar y con razón. No es un concepto sencillo, aunque estamos más acostumbrados a escucharlo para la gravedad, donde representamos ese campo gravitatorio como una lona más o menos hundida en función de la masa de los objetos que hay sobre ella. De ese modo, la curvatura de la lona condiciona el movimiento de los objetos. Algo similar podemos imaginar con el magnetismo y con la electricidad, aunque la diferencia es que, mientras que la gravedad solo es atractiva, la electricidad y el magnetismo pueden ser repulsivos o atractivos. Así que no, no hay partículas viajando entre los polos ni duendes invisibles que muevan los imanes, son campos y gracias a ellos hemos desarrollado tecnología tan innovadora como la que disfrutamos.

QUE NO TE LA CUELEN:

• En realidad, cunado hablamos del campo gravitatorio, hablamos de la geometría del espacio-tiempo y, aunque la teoría cuántica de campos es una de las más precisas que hemos desarrollado y plantea las fuerzas fundamentales como excitaciones de diferentes campos, no significa que estemos ante los mismos mecanismos que rigen los campos gravitatorios. La existencia de estos conceptos más allá de su utilidad matemática es una cuestión que sigue abierta en el mundo de la ciencia y habrá que esperar a que avance más nuestro conocimiento de estas cuestiones para saber hasta qué punto el concepto trasciende a la teoría.

REFERENCIAS (MLA):

• Rehman, Wajeeh. Electromagnetism University of Cambridge Part IB and Part II Mathematical Tripos. Academia.edu, 1.