A horcajadas en el Tiempo

Monopolos Magnéticos
surgiendo de una partícula cargada eléctricamente o convergiendo en ella y empezando o acabando allí. Además, la experiencia ha confirmado
la ley de conservación de la carga eléctrica: la carga monopólica eléctrica total de un sistema cerrado no puede crearse ni puede destruirse. Pero
en el mundo del magnetismo, no existe nada similar a los monopolos eléctricos, aunque un monopolo magnético sea fácilmente concebible.
La teoría electromagnética unifica la fuerza eléctrica y la fuerza magnética. La fuerza eléctrica es generada por la presencia de cargas
eléctricas (el electrón, por ejemplo), mientras que la fuerza magnética surge por el movimiento de estas mismas cargas. El campo magnético de
un imán proviene del movimiento de los electrones alrededor de los núcleos de hierro.
James Clerk Maxwell, el físico escocés que unificó matemáticamente los campos magnético y eléctrico en 1864, incluía en sus
ecuaciones electromagnéticas fundamentales la existencia de cargas eléctricas, pero no incluyó la posibilidad de cargas magnéticas. Le habría
resultado fácil hacerlo; la inclusión, a nivel estético, habría hecho sus ecuaciones bellamente simétricas respecto a la electricidad y el
magnetismo. Pero al igual que otros físicos, Maxwell no halló prueba alguna de que hubiera en la naturaleza cargas magnéticas y las excluyó,
por principio, de sus ecuaciones. Los físicos consideran desde entonces extraña la asimetría natural de la electricidad y el magnetismo.
Siguieron profundizando en sus estudios del campo electromagnético maxwelliano. Sabían que las ecuaciones de Maxwell podían
simplificarse si se derivaban matemáticamente los campos eléctrico y magnético de otro campo aún más básico: un campo de medida. El campo
de medida electromagnético es el ejemplo primero y más simple de la concepción general de campo de medida que descubrirían mucho después
Yang y Mills. Curiosamente, al aplicar las ecuaciones de Maxwell al campo simple de medida, los físicos comprobaron que la ausencia de carga
magnética se explicaba matemáticamente. Recíprocamente, pudieron demostrar que la ausencia de carga magnética entrañaba
matemáticamente la existencia de un campo de medida. El campo de medida introdujo así una asimetría entre los campos eléctrico y magnético.
Pero la introducción del campo de medida como estructura subyacente del electromagnetismo se consideraba entonces una novedad
matemática, un truco conceptual y no verdadera física. De la idea del campo de medida sacabas exactamente (ninguna carga magnética) lo que
ponías en ella (ninguna carga magnética). Luego, en los años veinte, el matemático Hermann Weyl demostró que la incorporación de los campos
eléctrico y magnético en la nueva teoría cuántica exigía concretamente una interpretación en términos del campo de medida. Y se empezó así a
comprobar que el campo de medida electromagnético era físicamente importante, además de interesante matemáticamente. La mecánica
cuántica parecía hecha a la medida de los campos de medida, y, curiosamente, los campos de medida presuponían la ausencia de monopolos
magnéticos. Este planteamiento teórico coincidía tan absolutamente con la experiencia que la idea del campo de medida electromagnético se
asentó con mucha firmeza. Pero luego, llegó Paul Dirac.
En 1931, Dirac empezó a examinar las consecuencias físicas de la «belleza matemática» del campo de medida electromagnético en la
teoría cuántica. Según él: «Cuando realicé este trabajo, tenía la esperanza de encontrar una explicación de la constante de estructura fina (la
constante relacionada con la unidad fundamental de carga eléctrica). Pero no fue así. Las matemáticas llevaban inexorablemente al monopolo.»
En contra del punto de vista teórico predominante, Dirac descubrió que la existencia de un campo de medida electromagnético y la teoría
cuántica unidas presuponían que en realidad los monopolos magnéticos podían existir... siempre que la unidad fundamental de carga magnética
tuviese un valor específico. El valor de la carga magnética que halló Dirac era tan grande que si en realidad existiesen monopolos magnéticos en
la naturaleza, tendrían que ser fácilmente detectables, debido a los efectos de sus grandes campos magnéticos.
Para entender mejor las consecuencias de las investigaciones de Dirac imaginemos una barra imantada delgada de kilómetro y medio de
longitud, con un campo magnético en cada extremo. En este caso, el campo magnético se parece al de un monopolo magnético porque el imán
es muy delgado y los extremos están muy alejados. Pero no es un auténtico monopolo, porque las líneas del campo magnético no terminan
realmente en la punta ,del imán; se canalizan a través de éste y surgen por el otro extremo.
Imaginemos luego que un extremo de este delgado imán se extiende hasta el infinito, reduciéndose su grosor matemáticamente a cero.
El imán parece ahora una línea matemática, o una cuerda, con un campo magnético radial que brota de su extremo: un auténtico monopolo
magnético puntiforme: Pero, ¿y esa cuerda infinitamente delgada (llamada cuerda de Dirac) que canaliza el flujo del campo magnético hasta el
infinito? Dirac demostró que si la carga magnética del monopolo, con un valor g, cumplía la ecuación
[12.04.11]
ge = n/2
n = 0, ± 1, ± 2...
en la que e es la unidad fundamental de carga eléctrica (una cantidad conocida experimentalmente), la presencia de esa cuerda no podría
detectarse nunca físicamente. Según Dirac, la cuerda se convierte entonces sencillamente en un artilugio matemático descriptivo sin realidad
física, igual que las coordenadas de los mapas son artilugios matemáticos que utilizamos para describir la superficie de la Tierra, carentes de
significado físico. La cuerda de Dirac con un monopolo magnético en la punta era matemáticamente una línea en el espacio, a lo largo de la cual
el campo de medida electromagnético no estaba definido. Pero sorprendentemente esta falta de definición no tenía consecuencias mensurables,
siempre que la carga del monopolo magnético cumpliese la condición de Dirac. Otra consecuencia más del monopolo de Dirac era que la carga
magnética se conservaba rigurosamente como la carga eléctrica.
Después de los importantes trabajos de Dirac, los físicos teóricos aceptaron la posible existencia de monopolos magnéticos, pensando
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