INGENIERÍA ELECTROMAGNÉTICA MODERNA

La ingenieria electromagnetica es una rama de la fisica aplicada, con tal velocidad de desarrollo, que en un futuro inmediato los ingenieros electromagneticos seran indispensables en una nueva e importante area emergente: la ahora denominada Estructura de Onda de la Materia (Wave Structure of Matter, WSM). La razon principal es la capacidad de penetracion de la tecnologia electromagnetica, donde ingenieros especializados seran necesarios para el diseno de sistemas relacionados con la tecnologia WSM. Por ejemplo, en muy altas frecuencias, en sistemas tales como, redes inalambricas de comunicaciones, chips de computadores, redes opticas, antenas, y en frecuencias muy bajas, en extraccion de energia, en dispositivos de almacenamiento de energia y en sistemas relacionados con un Enfoque Metrico de la Ingenieria (Metric Engineering Approach, MEA), en propulsion con campos electromagneticos. La dificultad y la complejidad de las leyes que gobiernan el diseno de sistemas relacionados con la ingenieria electromagnetica, indican que la teoria y el analisis del electromagnetismo es una ciencia en continua evolucion y es un area activa de investigacion que ha atraido el interes de matematicos, cientificos de la computacion y de los ingenieros. Sin embargo, un buen entendimiento del analisis electromagnetico moderno requiere de un profundo conocimiento de la fisica, habilidad para el analisis matematico y del conocimiento de los algoritmos numericos utilizados en computacion. Aunque algunas universidades enfatizan en el analisis computacional del electromagnetismo, tenemos que ser concientes de que un estudiante de ingenieria electromagnetica debe entender los conceptos de fisica involucrados y desarrollar intuicion y entendimiento de los problemas a resolver. Estas habilidades son importantes tanto para el analisis como para el diseno. Por lo tanto, es importante formar a los estudiantes de postgrado en los metodos modernos del analisis electromagnetico, y en las nuevas teorias tales como: metamateriales, electrodinamica quiral y electrogravedad. Por ejemplo, el analisis electromagnetico quiral debe incluir, entre otros, los conceptos de ondas polarizadas circularmente, ondas superficiales, ondas que se arrastran (creeping waves), ondas laterales, modos guiados, modos evanescentes, modos radiantes y los modos filtrados (leaky modes). Todo esto en la fisica de altas frecuencias donde la dualidad onda/particula emerge como un nuevo enfoque fisico de las interacciones electromagneticas de la WSM. Recientemente se han producido avances en la WSM, por ejemplo, en microcircuitos industriales y en electrodinamica, donde existen corrientes de lazos cerrados de ondas de electrones, siendo el electron no una particula puntual sino una estructura de onda. Aqui la mayoria de las aplicaciones, como ser nanotubos quirales y sustratos de metamateriales para uso en microcircuitos, requiere de la comprension del comportamiento de la materia en "dimensiones muy pequenas", donde la aproximacion de la particula falla y la WSM se hace necesaria para entender que ocurre cuando interactuan diferentes sustratos, a nivel quimico, electrico o biologico. A nivel de microestructuras, empresas como Intel estan empezando a utilizar biologia y genetica en las tecnicas de fabricacion de dispositivos organicos, usando partes biologicas para sintetizar filamentos quirales de DNA (Deoxyribonucleic acid), donde las ondas que se propagan son equivalentes a las WSM. Por otra parte a nivel macroscopico, para entender adecuadamente la naturaleza de la interaccion entre un campo electromagnetico de muy alta frecuencia con la materia, debemos considerar la electrodinamica quiral relacionada con la relatividad. Un ejemplo relevante es el diseno de nuevos sistemas GPS (Global Positioning System) con distinta polarizacion circular, que son mas exactos, con la finalidad de mejorar los sistemas actuales. Un estudiante de electromagnetismo, debe estar conciente de la metamorfosis, que ocurre en la fisica, cuando trabajamos en distintas longitudes de onda o en distintas frecuencias. Cuando la longitud de onda es muy larga, nos encontramos en el dominio de la electro estatica y de la magneto estatica, aqui se aplica la teoria de circuitos, un ejemplo es el area de los dispositivos de almacenamiento de energia, desde baterias comunes a sofisticados dispositivos hibridos utilizados para almacenamiento de energia. Concretamente, en los automoviles modernos, dichos elementos estan hechos de mezclas quimicas cuyas energias vinculantes son diferentes. Si se conoce la forma en que los elementos de la mezcla se unen, se podrian disenar baterias para fines especificos, con calculos basados en la WSM. En el futuro, la WSM requerira de nuevas tecnicas de aplicacion, calculo y diseno de la ingenieria electromagnetica. Por otro lado, la mayoria de las aleaciones mas valiosas que se utilizan ampliamente en las aplicaciones industriales, como ser el acero, el bronce y el duraluminio, son mezclas simples de elementos basicos, esto es posible gracias a que las uniones de las aleaciones son del tipo Estructuras de Onda. En relacion con todo esto tenemos la MEA, enfoque que sera muy importante en las proximas decadas. Esta metodologia, para tratar los cambios metricos, ha surgido a traves de anos de estudio de las teorias electro gravitacionales. Este enfoque es isomorfico con la representacion general de la relatividad del vacio, tratando el vacio como un medio polarizable con cambios metricos internos, en terminos de la permisividad y la permeabilidad consideradas constantes en el vacio. Este enfoque es basico para obtener energia a partir del vacio (motores magneticos). Aqui, las ecuaciones de Maxwell en el espacio curvo, se modelan como un medio polarizable de indice de refraccion variable en el espacio plano, donde la curvatura de un rayo de luz y la reduccion de la velocidad de la luz en un potencial gravitacional, se representan por un aumento efectivo del indice de refraccion. Con este metodo es posible estudiar los Sistemas de Propulsion de Campos Electromagneticos, donde la propagacion de fotones posee momentum producido por los campos magneticos y electricos ortogonales entre si (vector de Poynting). Estos desafios tecnologicos nos hacen ver que es importante atraer para este campo a personas mas calificadas y creativas, reclutando los mejores estudiantes y estimulando su creatividad. En esta perspectiva de la ensenanza de la ingenieria electromagnetica, la gente joven siempre puede generar buenas ideas, forjar nuevas fronteras, crear nuevas areas de trabajo y cultivar el pensamiento independiente, estimulados por el profesor en el desafio de pensar. Puesto que el analisis electromagnetico ha sido usado como una importante herramienta de prediccion en muchas ramas de la ingenieria electrica, seguira siendo aun mas importante en las nuevas tecnologias. La larga y rica historia del electromagnetismo nos ofrece un desafio sobre como debemos educar a nuestros estudiantes de postgrado en esta area. El total del conocimiento requerido no se puede entregar dentro del corto periodo de su ensenanza universitaria. Por lo tanto, es fundamental educarlos en los conocimientos basicos, ya que aprender todo lo pertinente a la tecnologia electromagnetica requiere de toda una vida de aprendizaje. Asimismo, es importante educar a dichos estudiantes como pensadores, en vez de adquirir los conocimientos en forma mecanica, siendo esta forma de ensenar un importante aporte para nuestra sociedad. Es asi como, en este numero, presentamos el aporte del doctor Hector Torres-Silva en esta area del electromagnetismo moderno, mediante la electrodinamica vinculada a la mecanica cuantica y a la gravitacion. Este trabajo incluye aspectos fundamentales de la WSM, al unificar al electromagnetismo y a la gravitacion a traves de la electrodinamica quiral, mostrando en este estudio, en forma rigurosa, que la mecanica cuantica de Dirac es una consecuencia logica de dicha unificacion.