William Gilbert, un hombre con magnetismo

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Gilbert… afirma repetidamente el valor primordial de experimentos. Sin duda, él mismo, actuó según sus propios preceptos; su trabajo contiene todos los hechos fundamentales de la ciencia [del magnetismo], tan completamente examinados, en efecto, que incluso en nuestros días tenemos poco que añadir a ellos.

William Whewell en History of the Inductive Sciences (1837/1859)

William Gilbert (que en ocasiones aparece como William Gilberd) nació en Colchester, Essex, en 1544. A los catorce años ingresó en el St John’s College de Cambridge donde obtuvo su B.A. (Bachelor of Arts) en 1560, su M.A. (Master of Arts) en el 1564 y su doctorado cinco años después. Durante su formación se vió inmerso en el estudio de la ciencia ortodoxa imperante basada en la filosofía natural aristotélica, la medicina de Galeno y la astronomía de Ptolomeo. Un conservadurismo científico que su nueva etapa en Londres le llevaría a rechazar. Se instaló allí en 1573 para ejercer como médico y ese mismo año fue elegido miembro del Royal College of Physicians, del que le harían Presidente en 1601. Desde ese año hasta su muerte fue el médico personal de la reina Isabel I y de su sucesor Jacobo I.

Gilbert se sirvió de su condición aventajada en la corte para emplear su tiempo libre en el profundo estudio del magnetismo que le llevó a redactar, en 1600, los seis libros que constituyen “De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure” (Sobre el imán y los cuerpos magnéticos y sobre el gran imán la Tierra). Conocido como “De Magnete”, puede considerarse la primera gran obra de la física experimental.

En la primera frase del prólogo ya deja clara su apuesta por esta nueva forma de proceder:

En el descubrimiento de cosas secretas y en la investigación de las causas ocultas, los experimentos seguros proporcionan y demuestran sólidos argumentos en comparación con probables conjeturas y las opiniones de los especuladores filosóficos de tipo común.

La propia organización del volumen, no es habitual para aquella época. Los diferentes temas vienen introducidos por una cuidadosa revisión de los trabajos previos, a la que sigue el relato de las nuevas experiencias. En palabras del propio Galileo, no muy habituado a hacer piropos, la obra era “grande hasta un grado que resultaba envidiable”.

Como hipótesis central de la misma, Gilbert consideró la Tierra como un imán gigante e invirtió mucho tiempo y dinero (se habla de 5000 £) para probar esta hipótesis de un modo innovador, a partir de un experimento modelo. Para hacerlo se sirvió de una esfera de magnetita, conocida como terella o “pequeña tierra”, y de la aguja de una brújula de pequeño tamaño que podía girar libremente sobre un pedestal (o versorium).

El fabricante de instrumentos de Londres, Robert Norman, había observado en 1581 que, aparte de adoptar la dirección norte-sur, la aguja de una brújula apuntaba por debajo de la horizontal. Pero desconocía cual podría ser el valor de la inclinación en otro lugar de la Tierra. Con el fin de dar respuesta a esta incógnita, Gilbert analizó la variación angular del versorium en diferentes posiciones alrededor de la terella. A partir de este modelo, propuso una ley para determinar la inclinación de la aguja magnética en todos los puntos del planeta, que aparece en el quinto libro de “De Magnete”. Su Tierra magnética puede considerarse el fundamento del Geomagnetismo, la rama de la Geofísica que estudia el campo magnético terrestre.

Por lo que se refiere a la navegación, sus contribuciones fueron avaladas en 1600 por el matemático Edward Wright en su prólogo de “De Magnete”: “En verdad, en mi opinión, no hay ningún tema de mayor importancia o de mayor utilidad para la raza humana”.

Sin ánimo de menospreciar el esfuerzo de Gilbert que Wright valoró con tal exaltación, debe apuntarse que algunos de sus logros no sobrevivieron al paso del tiempo. El “inclinómetro” fue un ejemplo de ello. Este nuevo instrumento que anunciaba e ilustraba su libro y que iba a permitir a los navegantes estimar de forma aproximada su latitud en tiempo nublado, tuvo, en la práctica, menor utilidad de la prevista. Otro caso destacado fue su aspiración por correlacionar la longitud con la declinación magnética o desviación del norte magnético respecto al norte astronómico. El trabajo se fue a pique con el descubrimiento, en 1634, de la variación de dicha declinación magnética con el tiempo. Se comprobó que el valor había disminuido de 11º al este del norte geográfico en 1580 a 4º este en 1634.

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Sin embargo, los experimentos que llevó a cabo y las ideas sugeridas fueron tantas, que es lógico que algunas no llegasen a buen puerto. Para Gilbert, la fuerza magnética inmaterial que tenía la Tierra la dotaba de alma, la posesión de la cual constituía una explicación común, por aquel entonces, para los planetas y otras entidades que se movían por sí mismas. La rotación terrestre, a su vez, podía provenir de esta “alma” puesto que examinando cómo flotaban magnetitas esféricas en pequeños botes de madera, había advertido que las fuerzas magnéticas podían producir movimientos circulares. En su opinión, por tanto, el “alma magnética” de la Tierra (a la que se refería como Tellus o “Madre Tierra”) hacía girar el planeta alrededor de su eje, estabilizado en un punto cercano a la estrella polar.

Por lo que se refiere a la Luna, señaló que mostraba siempre la misma cara a la Tierra y esto se podía explicar a través de la existencia de una fuerza magnética entre ambas que hacía que se viese el polo del satélite atraído por la Tierra. Estos razonamientos, ampliados, le valieron asimismo para justificar la órbita elíptica descrita por nuestro planeta alrededor del Sol. Suponiendo que este último también era un imán, conjeturó que la mitad del año la fuerza magnética solar repelería a la Tierra aumentando la distancia entre ambos, mientras que la otra mitad del año, la atraería. Como se supo más tarde, esta teoría era tan ingeniosa como errónea y la órbita elíptica se debía al decrecimiento cuadrático que experimenta la gravedad con la distancia.

Esta equivocación respecto al movimiento de los cuerpos celestes no le quita valor a las grandes aportaciones de Gilbert a la ciencia. Fue él quien demostró experimentalmente que el magnetismo implicaba la acción a distancia de una fuerza, lo cual alentó a otros astrónomos y físicos como Johann Kepler, Robert Hooke, Christopher Wren, y posiblemente al propio Newton, a pensar en la gravitación universal como algo análogo al magnetismo. Toda su cosmología se recoge en “De Magnete” y está ampliada en su segundo libro “De Mundo Nostro Sublunari Philosophia Nova.

En el campo de la electrostática, estudió el fenómeno de electrización por frotamiento. El filósofo griego Tales de Mileto advirtió que al frotar un trozo de ámbar con un paño, este adquiría la propiedad de atraer pequeños objetos, pero no pudo encontrar una justificación. Gilbert comprobó que se producía una transferencia de carga entre ambos materiales y bautizó la atracción resultante como fuerza eléctrica en honor al nombre griego del ámbar, élektron. Para investigar el fenómeno inventó el primer instrumento capaz de determinar la presencia de cargas eléctricas: el electroscopio. Con su uso, descubrió más substancias que se comportaban como el ámbar y clasificó los materiales en conductores y aislantes.

Por otra parte, su descripción cualitativa del magnetismo es prácticamente completa. Descubrió la dirección del campo magnético interno de un imán así como la zona de máxima atracción sobre los objetos: los polos magnéticos. Observó que es imposible obtener un polo aislado ya que al partirlo, los fragmentos se comportan como imanes completos. Exploró asimismo los procesos de magnetización y desmagnetización. En el libro quinto, por ejemplo, llegó a aproximarse a la idea de campo magnético y expuso, de forma detallada, el campo dipolar de la terrella. Lo que le faltó a Gilbert fue enfrentarse al problema de la cuantificación de la atracción magnética más allá de sus comparaciones entre magnetita “fuerte” y “débil”. En su honor se dio su nombre a la unidad de fuerza magnetomotriz en el sistema CGS.

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La “terella” de Gilbert mostrando la inclinación de una aguja magnética en diferentes posiciones

La investigación sobre la respuesta de la electricidad y el magnetismo con la temperatura aparece en varias secciones de “De Magnete” y le llevó a sostener, erróneamente, que son cosas distintas. Señaló que, mientras que la atracción magnética se debilita a temperaturas elevadas, la eléctrica se extingue totalmente. Hans Christian Ørsted, en 1820, descubrió que un hilo conductor sobre el que circulaba una corriente generaba una perturbación magnética a su alrededor. Otros muchos, como André-Marie Ampère, Carl Friedrich Gauss o Michael Faraday, encontraron vínculos entre magnetismo y electricidad pero fue James Clerk Maxwell quien consiguió expresarlos en un conjunto de ecuaciones que, gracias a Oliver Heaviside, se unificaron en las cuatro que conocemos. Nacía el electromagnetismo.

Gilbert murió el 30 de noviembre de 1603 en Londres. Su último libro fue publicado en Ámsterdam en 1651. Titulado “De Mundo Nostro Sublunari Philosophia Nova”, más conocido como “De Mundo“, consiste en una recopilación de textos pertenecientes a dos manuscritos encontrados en la biblioteca de Sir William Boswell. La edición de los escritos fue a cargo de su hermanastro William Gilbert de Melford, o de John Gruter (depende de la fuente de información). El libro está formado por dos partes bien diferenciadas: “Physiologia Nova Contra Aristotelem”, donde desarrolla temas cósmicos y astronómicos; y “Nova Meteorologia contra Aristotelem”, que trata fenómenos naturales como los vientos, las mareas, las nubes, el arco iris y los cometas.

Gilbert fue muy celebrado en su tricentenario gracias al entusiasmo de Silvanus P. Thompson, que lideraba el Gilbert Club, y a los intereses de la creciente industria eléctrica. Se encontró una cantidad considerable de información nueva sobre Gilbert y se hicieron dos traducciones de “De Magnete”, una de Thompson y otra de P. Fleury Mottelay.

Los logros del científico fueron descritos de una forma muy elocuente por el editor de la reimpresión de la edición del Gilbert Club de Thompson, Derek Price. Que sirvan como colofón del relato sobre el científico:

Bien podría uno sentir que Gilbert había inventado todo el proceso de la ciencia moderna en lugar de descubrir, simplemente, las leyes básicas del magnetismo y la electricidad estática. Sin duda fue el primero en tener la tenacidad necesaria para trabajar metódicamente una rama entera de la física, apelando a la experimentación y a través del razonamiento. El trabajo de Gilbert conformó el patrón para el tratamiento posterior de otras partes de la física y más tarde para materias de química y biología.

Derek Price

BIBLIOGRAFÍA

De Magnete (About the Magnet) de Gilbert, William. Traducido al ingles por Paul Fleury Mottelay

The Science of Magnetism before Gilbert. Leonardo Garzoni’s Treatise on the Loadstone de Monica Ugaglia

William Gilbert: Forgotten Genius de Stephen Pumfrey y David Tilley

The Great Magnet, the Earth — website de la NASA en conmemoración del 400 aniversario de “De Magnete”.


6 Comentarios

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“pero fue James Clerk Maxwell quien consiguió unificarlos por medio de sus cuatro ecuaciones”
Esta frase no es cierta del todo, Maxwell unificó el electromagnetismo en 20 ecuaciones, fue Heaviside quien las sintetizó en 4.

Laura Morrón Ruiz de Gordejuela

Hola,
Tu comentario es muy acertado, como bien dices fue Heaviside quien les dio la apariencia que conocemos y las pulió. Como la entrada era sobre Gilbert no profundicé tanto en este tema. Sin embargo, creo que puede ser muy oportuno, modificar este punto.
Gracias por enriquecer la entrada.

jvbhjkjvbhjk

El problema con el pobre Heaviside es que nunca es relevante (hay que hacer una explicación muy larga para su introducción) pero siempre se diluye su aportación al ser llamadas ecuaciones de Maxwell.

De todas formas, gracias a ti por haberme descubierto a Gilbert.

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