BertJanssen-RelatividadGeneral-29

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donde en la segunda igualdad hemos usado la regla de la cadena y en la tercera el hecho de que
dos lagrangianos que difieren por una derivada total son fı́sicamente equivalentes. Por lo tanto,
a pesar de que los potenciales aparezcan desnudos, una transformación gauge no tiene efecto
fı́sico en (1.63), ya que sólo dan lugar a una derivada total.
Una cosa parecida, aunque no igual, ocurre con los términos de acoplo de (1.60): una trans-
formación gauge (1.50) cambiarı́a la acción como
SMaxwell → S′Maxwell = SMaxwell −
∫
d4x
[
ρ ∂tΛ +
∑
i
ji ∂iΛ
]
= SMaxwell +
∫
d4x
[
∂tρ +
∑
i
∂iji
]
Λ
= SMaxwell, (1.70)
donde en la segunda igualdad hemos integrado por partes y en la tercera hemos quitado la se-
gunda integral, gracias a la ley de conservación de carga (1.35). En otras palabras, la acción (1.60)
es invariante gauge gracias a la conservación de carga. Pero lo contrario también es verdad: por el
teorema de Noether sabemos que a cada simetrı́a continua corresponde una cantidad conservada
(y vice versa), y lo que estamos viendo aquı́ es que la carga eléctrica es la cantidad conservada
asociada a la simetrı́a de la acción (1.60) bajo transformaciones gauge (1.50).
1.6. Soluciones de las ecuaciones de Maxwell
Con las ecuaciones (1.57) para los potenciales no resulta difı́cil encontrar soluciones de las
ecuaciones de Maxwell. Una gran ventaja de la estructura de las ecuaciones es que son lineales,
ası́ que cualquier combinación lineal de dos soluciones también es una solución.
En la sección 1.2 ya hemos mencionado algunas soluciones, como la de la carga puntual, el
conductor lineal y el solenoide infinito. En esta sección repasaremos algunas soluciones más, que
son interesantes por su relevancia fı́sica.
Ondas electromagnéticas
Una de las propiedades sorprendentes de las ecuaciones deMaxwell es que existen soluciones
no-triviales en ausencia de cargas y corrientes. Las llamadas ecuaciones del vacı́o son
~∇ · ~E = 0, ~∇ · ~B = 0, (1.71)
~∇× ~E = −1
c
∂t ~B, ~∇× ~B =
1
c
∂t ~E. (1.72)
Una primera observación es la remarcable simetrı́a entre campos eléctricos y magnéticos en la
ausencia de cargas. En la presencia de cargas esta simetrı́a está rota debido al hecho de que
existen cargas eléctricas, pero no hay monopolos magnéticos. Volveremos a este tema un poco
más adelante.
Una segunda observación es que la estructura de las ecuaciones del vacı́o permite la existen-
cia de paquetes de campo viajando por el espacio: en la ecuación (1.72) vemos que un cambio
en el campo magnético induce un campo eléctrico por la ley de Faraday, y a su vez un cambio
de campo eléctrico induce por el término de Maxwell un campo magnético. Un cambio en el
campo electromagnético genera por lo tanto más cambios, resultando en paquetes de campo pro-
pagándose por el espacio independientemente de cargas y corrientes. Estos paquetes de campo
se llaman ondas electromagnéticas.
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	I El Principio de la Relatividad y la Relatividad Especial
	Breve repaso de la teoría de Maxwell
	Soluciones de las ecuaciones de Maxwell