Los fenómenos eléctricos y magnéticos siempre han estado presentes en la humanidad. Desde la antigüedad la gente observaba los rayos durante las lluvias y en la Antigua Grecia se conocía la magnetita, un mineral que es un imán natural. Pero no fue hasta mediados del siglo XIX que el matemático y físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) identificó que la electricidad y magnetismo son dos caras de la misma moneda; dos manifestaciones de un fenómeno mucho más elemental al que bautizó como electromagnetismo.

Con esto, el entendimiento de dichos fenómenos llegó a otro nivel y cambió a la sociedad para siempre: aprendimos a generar energía eléctrica a partir de otras fuentes y a manipularla a nuestra conveniencia. Además, aprendimos que la luz no es otra cosa más que una onda electromagnética (una onda compuesta de electricidad y magnetismo) y que al igual que las cuerdas de una guitarra producen un sonido diferente dependiendo del modo en el que vibran, el modo en el que la onda electromagnética vibra produce los diferentes colores que vemos (Ilustración 1). Cabe mencionar que estas ondas pueden vibrar tan bajo o tan alto que nuestros ojos no son capaces de verlas, pero sí podemos detectarlas y utilizarlas a nuestro favor; un ejemplo de ello son las ondas de radio las cuales son ondas electromagnéticas que nuestros ojos no pueden ver, pero que son fundamentales para las comunicaciones hoy en día.

A pesar de que electricidad y magnetismo son dos caras del mismo fenómeno pasa algo curioso entre ellas. Por ejemplo, la Mecánica Cuántica nos enseñó que los electrones son partículas indivisibles, es decir, son “cachos” de materia o más propiamente dicho, son “cuantos” (traducción al español de la palabra “quantum”) de materia que poseen carga eléctrica negativa; pero esto no ocurre con el magnetismo: no existe una partícula que posea solo una carga magnética o más propiamente dicho, que posea solo un polo magnético (ya sea positivo o negativo o norte y sur, como el lector prefiera llamarle), los polos magnéticos siempre vienen en pares. Como muestra, al partir un imán a la mitad, se puede ver que automáticamente cada una de las partes del imán vuelve a tener dos polos, jamás podrá tener un imán con solo un polo… bueno, hasta donde sabemos hoy en día.

Esta curiosidad ha intrigado a los físicos por décadas: ¿por qué existen partículas que poseen solo una carga eléctrica (negativa en el caso de los electrones) pero no existen partículas que poseen solo una carga magnética? En especial si se supone que son parte del mismo fenómeno… ¿por qué la naturaleza muestra esta asimetría? ¿de qué beneficios goza la electricidad que el magnetismo no tiene? ¿qué paso en el origen del universo que hizo que existieran los monopolos eléctricos (o monocargas eléctricas, Ilustración 2), ¿pero no los monopolos magnéticos? (Ilustración 3)

Así, pensando solamente en que la naturaleza debería ser bella y perfecta (en esa escala) y, por lo tanto, simétrica, muchos físicos se han cuestionado ¿de verdad no existen los monopolos magnéticos? ¿qué pasaría si existieran? Esto ha conducido a innumerables investigaciones sobre la existencia o no existencia de los monopolos magnéticos.

Pero, ¿por qué tanto alboroto? Más allá de idea subjetiva de belleza del ser humano o de su necesidad innata de saber ¿qué tendría de especial la existencia de monopolos magnéticos? ¡Pues tendría mucho de especial! Muchas de las llamadas “teorías del todo”, las cuales pretender describir al universo en su totalidad predicen la existencia de monopolos magnéticos. Por ejemplo, una de las posibles predicciones de la tan famosa Teoría de Cuerdas es la existencia de más universos (¡sí, casi como en las películas de Marvel!). Algunos de estos universos pueden ser como el nuestro, otros completamente distintos. Pero la Teoría de Cuerdas también predice la existencia de monopolos magnéticos, por lo que encontrar un monopolo podría ser un indicio de que la Teoría de Cuerdas es correcta.

De existir un monopolo es muy probable que solo se haya dado durante el origen del universo y por alguna causa hasta ahora desconocida, cuando el universo se enfrío y perdió energía, también los monopolos magnéticos desaparecieron. De ser cierto, solo en fenómenos de altas densidades de energía (parecidas a las que había en el origen de universo) sería posible verlos. En el Gran Colisionador de Hadrones en Suiza se hacen experimentos para detectarlo. También existe un laboratorio en la Antártida llamado “Cubo de Hielo” que, entre otras cosas, pretende medir posibles monopolos magnéticos que lleguen a la Tierra con los rayos cósmicos.

Pero también es posible que aun cuando existan, aun cuando la naturaleza sí sea perfecta y simétrica, simplemente no sepamos bien como describirlos y esa sea la razón por la cual aún no se detectan en los experimentos. Desarrollar una nueva posible manera de describir matemáticamente a los monopolos magnéticos es una de las tantas investigaciones que se llevan a cabo en el Centro de Investigaciones Matemáticas A.C. (CIMAT). Esta es una investigación reciente que utiliza un área de las matemáticas llamada Geometría Diferencial No-Conmutativa y que con el apoyo del CIMAT va en buen camino y pretende abarcar más áreas de la Física Teórica tales como Gravedad Cuántica y poder crear un grupo multidisciplinario con otros institutos de matemáticas y física en México y el mundo.

A lo mejor el lector está diciendo: ok, todo está muy bonito, pero ¿para qué sirve todo esto? o ¿en qué me beneficia esto? más allá del simple hecho de saber y satisfacer la curiosidad ¿cuál es su fin práctico en mi día a día? Lamentablemente estas son preguntas que no tienen respuestas, al menos no en este momento.

En el siglo XVIII los experimentos eléctricos y magnéticos solo se usaban en ferias para entretener a la gente… fue gracias a las personas que simplemente quisieron saber más que la teoría electromagnética surgió y unos siglos después ya no podemos vivir sin sus implicaciones tecnológicas: refrigeradores, televisiones, celulares, computadoras, comunicaciones, autos, ¡todo funciona con base en el electromagnetismo! ¡usted está leyendo este artículo gracias al electromagnetismo!

Por eso es tan importante la investigación en Ciencia Básica y en particular, la que se desarrolla en el CIMAT: lo que hoy a simple vista pareciera solo ser un capricho de la gente que busca satisfacer su curiosidad, que parece no tener ninguna otra importancia, mañana puede ser la clave que revolucione al mundo y lleve a la humanidad a un nuevo nivel.

* Investigador Asociado C adscrito al Centro de Investigaciones Matemáticas A.C. Se especializa en las áreas de Álgebra, Análisis Matemático, Geometría Diferencial, Geometría Diferencial No-Conmutativa y Física-Matemática.