¿Cómo concluyó Maxwell que la luz es una onda electromagnética?

Esta es una copia de una pregunta que acabo de hacer en Physics Stack Exchange. Al leer el texto sobre las preguntas relacionadas, parece que Maxwell equiparó la luz con el portador de la fuerza electromagnética simplemente por el hecho de que los dos tenían la misma velocidad de propagación. Eso no parece muy riguroso; los dos fenómenos podrían haber tenido la misma velocidad por coincidencia. Ahora, los científicos e ingenieros posteriores encontraron mejores pruebas que conectan la luz y el electromagnetismo, pero ¿fue la afirmación de Maxwell solo una suposición afortunada? (AFAIK, la luz era lo único conocido que tenía la velocidad de propagación, pero desde entonces hemos encontrado otras partículas que comparten esa velocidad).

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Respuestas (2)

Maxwell tenía al menos tres argumentos a favor de la conjetura sobre la naturaleza electromagnética de la luz. El primero era filosófico (Cap. XX, art. 781). No podía imaginar ondas propagándose en el espacio vacío, así que para la onda electromagnética tuvo que asumir la existencia de algún medio que llena el espacio. Luego escribe:

Llenar el espacio con un nuevo medio cada vez que se quiere explicar un nuevo fenómeno no es de ninguna manera filosófico, pero si el estudio de dos ramas diferentes de la ciencia ha sugerido de forma independiente la idea de un medio y si las propiedades que deben atribuirse al medio para dar cuenta de los fenómenos electromagnéticos son del mismo tipo que los que atribuimos al medio luminífero para dar cuenta de los fenómenos de la luz, la evidencia de la existencia física del medio se fortalecerá considerablemente

Luego deriva la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas, no solo en el vacío sino en diferentes sustancias, por lo que de hecho calcula el índice de refracción, en términos de constantes electromagnéticas, y obtiene una coincidencia numérica justa (al menos 2 dígitos en todos los casos ).

Y finalmente discute los experimentos de Faraday que demuestran la acción del magnetismo sobre la luz. Faraday pudo alterar el plano de polarización de la luz mediante un electroimán.

Todos estos argumentos discutidos en el Capítulo 20 de su tratado constituyen un caso muy convincente para la naturaleza electromagnética de la luz.

Creo que incluso antes de Maxwell se especuló que la luz podría ser una onda electromagnética, o que existe una conexión entre el electromagnetismo y la luz.

Es cierto que Maxwell no lo probó, pero -como dices- sus ecuaciones por primera vez predijeron rigurosamente las ondas electromagnéticas (y también todos los demás fenómenos electromagnéticos). Quizás la indicación más fuerte es que también predijo correctamente la velocidad de la luz con solo dos constantes (épsilon y mu) medidas en experimentos estáticos de sobremesa. Diría que esto es, aunque no una prueba, una fuerte indicación y tal vez la gente de esa época también se sintiera así. Y antes de lo que creo, la velocidad de la luz era la única velocidad conocida tan alta.

Que yo sepa, las ondas electromagnéticas fueron rigurosamente probadas por experimentos directos de Heinrich Hertz, que fue después de que Maxwell escribiera sus ecuaciones.