Que Es La Luz

QUE ES LA LUZ

HISTORIA DE LAS TEORÍAS SOBRE LA NATURALEZA DE LALUZ

Los griegos preguntan ¿cómo es que podemos ver? Esta es una pregunta interesante para todos los seres humanos. Hoy en día, para contestarla, tenemos la fortuna de disponer de información acumulada a través de miles de años. Allá por 500 A.C., en tiempos del apogeo de la cultura griega, esto no era así. En aquel entonces, los primeros filósofos trataban de encontrar una respuesta para esa pregunta, buscándola por sí mismos. Aunque sus respuestas no resultan satisfactorias en nuestro tiempo, hay que reconocerles el gran mérito de haber sido quienes iniciaron la búsqueda.

El sentido de la vista tiene en común con el tacto que nos permite conocer la forma de los

objetos, pero tiene la ventaja de que puede hacerlo aún habiendo distancia de por medio. Los filósofos griegos trataron de explicar cómo era que la vista conseguía salvar esta distancia. Empédocles pensaba que la vista no era más que tocar los objetos con una “mano” muy larga. Él creía que de los ojos salían emanaciones que hacían contacto con los objetos y recogían su forma. Esta teoría se llama extramisión. Leucipo, en cambio creía que el acercamiento ocurría en sentido contrario. Los objetos emitían “algo” que contenía su forma y color, y que incidía sobre los ojos, los cuales no hacían más que captarlo. Esta teoría se llama intromisión.

Ya que sin luz no podemos ver, se suponía que estas emanaciones no podían existir en la

oscuridad pero ni Empédocles, ni Leucipo pudieron decir nada sobre su naturaleza. Sin embargo, había algo completamente claro: las emanaciones o “rayos” viajan en línea recta. Esto hace que su propagación pueda estudiarse usando las leyes de la geometría. No es de extrañarse que Euclides, el padre de la geometría tradicional o euclidiana, escribiera un libro sobre el tema, en el que establece las bases de la perspectiva, técnica que aún usan hoy en día dibujantes y pintores en todo el mundo.

Fue muchos años después cuando se resolvió el añejo debate de extramisión contra

intromisión. El encargado de esto fue Alhazen, médico árabe nacido en lo que hoy es Irak.

Tomando entre otras cosas el hecho de que mirar directamente al sol lastima los ojos, dedujo acertadamente que los ojos son receptores y no emisores. También acertó al explicar que un objeto recibe luz del ambiente y la esparce en todas direcciones. En ausencia de obstáculos, esta luz esparcida se propaga hacia el ojo y le permite percibir el objeto. Si no hay luz, los objetos no pueden esparcir nada y es por eso que no los podemos ver.

Newton presenta sus leyes

A finales del siglo XVII, Newton enunció tres leyes que revolucionarían la física. La primera ley de Newton o de la inercia establece que en ausencia de fuerzas aplicadas, un cuerpo en reposo permanecerá en reposo y uno en movimiento rectilíneo uniforme, seguirá así permanentemente. Esto contradice el concepto intuitivo, consagrado por Aristóteles de que los cuerpos tienen siempre tendencia al reposo y que es necesario aplicarles una fuerza para mantenerlos en movimiento.

La segunda ley nos dice cómo un cuerpo de una masa determinada cambia su estado de

movimiento en respuesta a cierta fuerza aplicada. Ya que a mayor masa hay mayor tendencia del cuerpo a seguir en su estado original, se puede decir que la masa es la medida de su inercia. La tercera ley de Newton, o ley de acción y reacción, dice que las fuerzas siempre vienen en pares. Si A ejerce una fuerza en B, necesariamente habrá una fuerza de reacción de B sobre A. Además de estas tres elegantes leyes, a Newton también le debemos la ley de la Gravitación Universal, el Cálculo y una amplia investigación experimental sobre la luz. Por todo esto, se considera merecidamente a Isaac Newton como el padre de la física. Sin embargo, sus teorías sobre la luz, nunca tuvieron el mismo nivel que el resto de su obra. A pesar de esto, en muchos centros de estudio, la lectura acrítica de los textos de Aristóteles fue reemplazada por la

lectura acrítica de los textos de Newton. Este hecho desempeña un papel significativo en la

historia que contaremos a continuación.

Newton dice: la luz está formada por partículas

Las leyes de Newton consiguieron explicar tantos fenómenos, que fue fácil exagerar y pensar

que podían explicarlos todos. En este contexto, Isaac Newton explicó la naturaleza de la luz,

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considerando que está formada de pequeñas pelotitas, en lo que se conoce como teoría

corpuscular o de emisión. El movimiento de estas pelotitas podía explicarse por medio de las

leyes de Newton. Es verdad que esta teoría da respuestas a muchas preguntas ¿Por qué la luz

viaja en línea recta? Porque así es como toda partícula viaja de acuerdo a la ley de la inercia.

¿Porqué la luz se refleja en algunas superficies? Porque las pelotitas de que está formada,

rebotan.

Explicar la refracción es un poco más complicado. Sin embargo, Newton supuso que la

velocidad de las pelotitas de luz aumenta bruscamente al pasar de un medio menos denso a otro

más denso. El ángulo de refracción calculado de este modo, coincide perfectamente con el

encontrado experimentalmente, lo que es más que satisfactorio. En realidad, la suposición de que

la velocidad de la luz es mayor en los materiales más densos es falsa. Es cierto que la velocidad

de la luz cambia al pasar a un medio más denso, pero su cambio consiste en una reducción. No obstante, en aquel entonces nadie lo sabía, ya que aún no era posible medir la velocidad de la luz.

Para Newton, la intensidad de la luz correspondía con la cantidad de pelotitas que cruzan

un punto determinado por unidad de tiempo. La luz demasiado intensa es dañina porque los ojos

no pueden soportar la energía que la pelotitas liberan al golpearlos. Por otra parte, la luz de

diferentes colores consiste en pelotitas de diferentes tamaños, las más pequeñas correspondientes

al color violeta y las más grandes al color rojo. Tiempo después, los seguidores de Newton

explicaron la polarización suponiendo que las pelotitas no son redondas sino que tienen cierta

forma geométrica y que un filtro polarizador sólo permite pasar a las que tienen una orientación

determinada.

Figura 2: Cuenta la leyenda que una manzana cayendo de un árbol fue la fuente de inspiración de Isaac

Newton. Quizás también pensaba en manzanas cuando planteó que la luz está formada de partículas. Sin

embargo, su idea de que la intensidad de la luz proyectada sobre una pantalla depende de cuantas partículas

la golpean por unidad de tiempo, no consigue explicar las franjas que aparecen en el experimento de Young.

Sin embargo, la difracción seguía resistiendo las explicaciones basadas en la teoría corpuscular.

Si la luz estuviera hecha de pelotitas que viajan en línea recta, un obstáculo debería solamente

detener una parte de éstas y la proyección de la luz sobre una pantalla consistiría simplemente en

una sombra geométrica, como ocurre efectivamente para obstáculos grandes. Sin embargo, no

había forma de explicar porqué para obstáculos pequeños la luz se desvía tan notoriamente de su

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trayectoria rectilínea, ni porqué la luz proyecta sobre una pantalla un complejo patrón de

difracción.

Figura 3: Experimento de Young. ¿Por qué en la región iluminada por los dos haces de luz, existen zonas

completamente obscuras?

En particular, lo que resultaba especialmente incómodo era esa serie de manchas iluminadas y

oscuras que aparecían en órdenes tan específicos. Un experimento realizado en 1803 por Thomas

Young y que se esquematiza en la figura 3, servirá para explicar mejor el origen de esta

incomodidad. En este experimento se hace pasar un haz de luz a través de dos rendijas para así

crear dos haces que puedan proyectarse sobre una pantalla. Es importante que las rendijas sean

muy delgadas porque se requiere que la luz se desvíe lo suficiente como para iluminar más allá

de su sombra geométrica. En la figura 3a y 3b puede verse que si se tapa una de las rendijas, la

otra puede iluminar por sí sola más de la mitad de la pantalla. Cuando las dos rendijas se

destapan, los dos haces coinciden en la región central y hacen aparecer una serie de franjas

iluminadas y oscuras alternantes, como se muestra en la figura 3c.

¿Cómo explicar la aparición de estas franjas? Si la luz estuviera formada de pelotitas,

cuando dos haces se encontraran sobre una pantalla, la región de traslape estaría siendo golpeada

por el doble de pelotitas y por tanto su iluminación presentaría el doble de la intensidad que la de

las otras regiones. Sin embargo, aunque en esta región existen zonas muy bien iluminadas,

también existen otras completamente oscuras. ¿Cómo puede ser posible que el encuentro entre

dos haces de luz, pueda dar lugar a oscuridad?

Newton hizo varios intentos de contestar a esta pregunta utilizando la teoría corpuscular

pero nunca consiguió hacerlo en forma sencilla y elegante. A pesar de esto, su prestigio como

padre de la física era tanto, que hubo muchos dispuestos a considerar como verdades sagradas

sus más torpes explicaciones. De hecho, el mismo Young podía explicar los resultados de su

experimento

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