Antigüedad: imanes naturales
El mineral maghemita, también conocido como magnetita o piedra imán, es un óxido natural de fórmula química Fe3O4, cuyos fragmentos tienen la propiedad de atraerse y repelerse entre sí a distancia; también son capaces de atraer los objetos de hierro o sus aleaciones. Sus propiedades se conocían desde la antigüedad, pues los imanes se mencionan en antiguos escritos egipcios, chinos, griegos y romanos.
Por otra parte, hay evidencias arqueológicas de que hierro metálico era ya conocido hace unos seis mil años, aunque su uso no se hizo común hasta principios de la edad del hierro, unos tres mil años después. En esa época − finales de la edad del bronce − las aleaciones de cobre/estaño fueron sustituidas por las más duras de hierro/carbono. La magnetita no es el único óxido de hierro que existe; sin embargo, los restantes (hematita Fe2O3, wustita FeO) no poseen propiedades magnéticas.
Cualquier imán posee dos regiones opuestas donde sus propiedades son más intensas: sus polos. Más tarde se encontró que si un imán tiene la posibilidad de girar libremente, uno de ellos siempre tiende a apuntar hacia al norte y, desde luego, el otro al sur. De ahí provienen los nombres de polo norte (o positivo) y polo sur (o negativo). Es fácil comprobar que los polos de igual signo se repelen, y los de signo contrario se atraen.
Los primeros yacimientos de magnetita de los que se tiene noticia se encontraban cerca de Magnesia de Tesalia, en Grecia; estaban asociados a rocas de óxido de magnesio y carbonato, y al parecer de ahí se derivó el nombre ‘magnetismo’.
Otros minerales como la ilmenita (FeTiO₃) o la pirrotita (Fe₁₋ₓS) también poseen algo de magnetismo, pero de intensidad mucho menor. Sin embargo, se magnetizan débilmente cuando son sometidos a campos magnéticos intensos, tal como ocurre cuando sus rocas son impactadas por los rayos, a causa de las enormes corrientes y campos electromagnéticos que se generan en el proceso.
Estos imanes esporádicos han aparecido en muchos lugares del planeta; se conocieron y estudiaron en la Grecia Antigua, Egipto, China y en Mesoamérica − parte de lo que es hoy México y América Central.
Imanes artificiales
Es posible construir un imán artificial al frotar repetidamente un pedazo de hierro o acero con una porción de magnetita. El hierro así frotado adquiere la capacidad de atraer débilmente otros pedazos; se convierte en un imán permanente. La explicación tiene que ver con particularidades microscópicas a nivel atónico, a ser descritas en otra ocasión.
Si al hierro magnetizado se le da forma de aguja y se le permite girar con libertad − suspendido de una cuerda por su centro o flotando en agua sobre un corcho − tiende a alinearse en la dirección aproximada norte-sur. Existen evidencias de que los chinos usaban estas brújulas rudimentarias para guiarse en la navegación desde hace unos mil años; en occidente se comenzaron a utilizar mucho después.
Griegos, romanos y chinos
Las explicaciones dadas por los antiguos a la interacción entre imanes son muy pintorescas. Tales de Mileto (624 a.n.e) opinaba que los imanes tenían un ‘alma’ que era capaz de crear movimiento, idea que persistió en Europa hasta el siglo XVII. En la teoría de los cuatro elementos − aire, tierra, agua y fuego − de Empédocles (495 a.n.e.) se consideraba el magnetismo como una especie de emanación o ‘efluvio’ no visible, que de alguna manera se filtraba a través de los poros del material magnético. Esta idea también trascendió hasta la Edad Media.
El poeta romano Lucrecio − 100 años a.n.e. − menciona la habilidad de los imanes para inducir el magnetismo en el hierro y la de dos de ellos para atraerse y repelerse. Los aspectos intelectuales del magnetismo fueron muy debatidos por los filósofos griegos y romanos, pero no hay evidencias de alguna aplicación práctica en esa época.
En la antigua China el magnetismo se asoció a la geomancia, método de adivinación que consiste en interpretar el supuesto ‘patrón energético’ que se forma a partir de arrojar al suelo un puñado de piedras, arena, o tierra. Conocer ese patrón era necesario para orientar viviendas y sepulcros de manera que estuvieran en armonía con las ‘corrientes locales del aliento cósmico’. De ahí surgió una especie de brújula que consistía en una cuchara tallada en magnetita; cuando se ponía a oscilar sobre una placa de bronce pulido, el mango se orientaba hacia el sur. Se sabe que estuvo en uso desde al menos el año 100 a.n.e. (arriba en la figura).
Mesoamérica
Hay criterios de que una especie de tableta rectangular con un surco en una de sus caras, encontrada en excavaciones cerca de Veracruz, en la segunda mitad del siglo pasado, fue una herramienta usada por los Olmecas para alinear sus construcciones hace más de 3000 años (abajo en la figura). La tableta es una fracción de una pieza que era mayor en su origen. Puesta a flotar sobre mercurio, o en agua sobre un corcho, se orienta 35.5º al noroeste del norte magnético de forma reproducible.
También se ha descubierto que varias esculturas pre-olmecas contienen materiales magnéticos. Algunas de ellas presentan patrones recurrentes de magnetización, lo que sugiere que quienes las crearon eran conscientes de la existencia de su magnetismo. Las fotos muestran diversas esculturas talladas alrededor del año 2000 a.n.e. en lo que hoy es Guatemala, con ‘significativas anomalías magnéticas’ según los reportes. En las de cuerpo completo las anomalías se encuentran en la región del vientre, y en los rostros gigantescos aparecen cerca del oído derecho.
Es posible que nunca se llegue a conocer la razón de que los escultores utilizaran rocas magnéticas para crear sus obras, y por qué las orientaban de esa manera. Se piensa que las anomalías magnéticas pueden haber sido causadas por corrientes eléctricas inducidas por rayos en la superficie de las rocas − quizás provenientes de los dioses − y por eso usaban estas “piedras de rayo” para sus trabajos. Las cuatro cabezas encontradas tienen un polo norte en la sien derecha; tres tienen el polo sur bajo la oreja del mismo lado y la otra lo tiene en la sien izquierda. Los especialistas creen que esto no puede ser casual, sino que evidencian el conocimiento del magnetismo en América en un período mucho más temprano de lo que antes se pensaba.
Edad media: brújulas rudimentarias
Durante la edad media no hubo grandes avances en el conocimiento del magnetismo. Se atribuye al chino Zheng Gongliang, político, escritor y científico militar, describir en 1064 que el hierro al rojo vivo se puede magnetizar débilmente cuando se enfría bruscamente en el campo magnético terrestre. Unos 20 años después Shen Kuo, quien estudió muchas ciencias de su época, descubrió que una aguja magnetizada colgada de un hilo tendía a alinearse en la dirección norte-sur. Aunque no hay consenso acerca de las fechas, que abarcan un período de unos 200 años, se considera que la brújula fue inventada en China alrededor del siglo X y se usó para orientarse en la navegación. Estas brújulas rudimentarias consistían en una aguja imantada que se ponía a flotar en un cuenco con agua. No apareció algo similar en Europa hasta muchos años después.
El primer tratado europeo sobre magnetismo apareció en el siglo XIII, escrito a mano en 1269, en forma de epístola, por el ingeniero militar francés Pierre Pèlerin de Maricourt (Petrus Peregrinus en el latín de la época). La obra menciona la brújula china flotante como un instrumento ya de uso común en su época, y además describe en detalle la nueva ‘brújula seca’ de pivote. En esta brújula la aguja podía rotar libremente alrededor de un eje central, adherida a una carta náutica que giraba con ella. Todo se colocaba dentro de una caja de madera con cubierta de vidrio la cual, cuando se ubicaba en la proa de un navío, indicaba en todo momento el rumbo que llevaba.
El tratado también describe sus experimentos de orientación magnética usando una esfera tallada en magnetita y una aguja de acero. De esa manera el autor pudo trazar un patrón de líneas sobre la esfera que, a semejanza de los meridianos terrestres, se cortaban en dos puntos opuestos. Les llamó ‘polos’ por su analogía con los meridianos.
Por ello Petrus Peregrinus se considera un precursor de la metodología científica moderna, y su obra es reconocida como una de las más importantes de la investigación experimental medieval. En la foto aparece una copia impresa de su epístola, tomada de un escrito certificado ‘por una mano inglesa’ en 1390.
Avances más notables sobre el tema no surgieron hasta la Edad Moderna, que comenzó en el Renacimiento (siglos XV-XVI) y terminó a inicios de la Revolución Francesa; ese período será descrito en una entrega posterior.
Bibliografía
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John B. Carlson, Lodestone Compass: Chinese or Olmec Primacy? Science, New Series, Vol. 189, No. 4205 (Sep. 5, 1975), pp. 753-760. http://www.jstor.org/stable/1740186 .
La primera brújula no fue china, fue olmeca – Live The Mountain, https://www.livethemountain.com/2024/04/11/la-primera-brujula-no-fue-china-fue-olmeca/
Descubren que cultura mesoamericana cargaba de magnetismo ciertas partes del cuerpo de sus esculturas, https://pijamasurf.com/2019/05/descubren_que_cultura_mesoamericana_cargaba_de_magnetismo_ciertas_partes_del_cuerpo_de_sus_esculturas/
Pyramids and ceremonial centers in mesoamerica: were they oriented using a magnetic compass? https://www.researchgate.net/publication/225639661_Pyramids_and_ceremonial_centers_in_mesoamerica_Were_they_oriented_using_a_magnetic_compass
Mesoamerican Sculptures Reveal Early Knowledge of Magnetism, https://www.smithsonianmag.com/science-nature/mesoamerican-sculptures-reveal-early-knowledge-magnetism-180972820/
The ancient sculptors of the stone heads and potbellies of Monte Alto, Guatemala, knew the magnetic properties of the rocks, https://www.labrujulaverde.com/en/2020/05/the-ancient-sculptors-of-the-stone-heads-and-potbellies-of-monte-alto-guatemala-knew-the-magnetic-properties-of-the-rocks/
Zeng Gongliang (en chino en el original), https://www.baike.com/wikiid/2874217143459422936