OPTICA FISICA 4 PDO

TEORÍAS DE LA LUZ
De Aristóteles a la física cuántica
Celebramos el año de la física, que coincide con el centenario del Nobel concedido a Einstein
por su teoría fotoeléctrica, con el lanzamiento de esta nueva sección destinada a repasar los
fundamentos que determinan, de unLuis Carlos PARDO.La luz ha ocasionado
no pocos quebraderos de cabeza a
científicos de la talla de Newton,
Einstein o Planck, por citar sólo a tres.
De hecho, la historia empezó hace unos
2.500 años, de la mano de Aristóteles,
quien afirmó que la luz surgía de los
ojos e iluminaba los objetos para volver
después a ellos. Pero hubo que esperar
a Newton, nacido el mismo año en que
murió Galileo (el primer científico de la
humanidad), para tener una teoría científica sobre la luz.
Evidentemente, Newton fue un
gran experimentador y, además de
inventar una técnica para construir
telescopios con espejos (usada actualmente en el Hubble), realizó una serie
de pruebas con prismas con el fin de
descomponer la luz en colores, y volviéndola a juntar para obtener luz blanca. Determinó que no había por un lado
una “luz blanca” y por otro “uces de
colores”, sinó que la luz blanca estaba
formada por luces de colores, o mejor
dicho: la luz son pequeñas partículas
de color, que juntas forman la luz blanca, y
mezcladas entre ellas forman nuevos colores.
Esta teoría de la luz como partículas explicaba, entre otras cosas, los fenómenos de reflexión y refracción (cambio de dirección de la luz
al pasar de un material a otro). Newton aprovechó su importante posición en la academia
de ciencias (y en la casa de la moneda) para
acallar las voces que se alzaron en contra de
su discurso.
Con el paso del tiempo la luz pasó de
nuevo a ser vista como una onda, motivo por
el cual cabe preguntarse entonces, ¿qué es
pues lo que vibra? En el caso del sonido es el
aire, en el caso de las olas, el agua, pero, ¿y
en el caso de la luz? Hubo que esperar hasta
1860 a que el científico escocés James Clerck
Maxwell diera una respuesta: lo que vibra es el
campo electromagnético. ¿Y qué es un
campo electromagnético?
La teoría electromagnética se puede simplificar, excesivamente, en dos máximas concernientes a quién crea y quién siente un
campo electromagnético:
- Una partícula quieta siente sólo los campos
eléctricos, mientras que en movimiento, siente
también los campos magnéticos.
- Una partícula en movimiento crea un campo
eléctrico y un campo magnético, pero quieta
crea únicamente un campo eléctrico
Por lo tanto podemos afirmar que el
campo magnético es fruto del movimiento de
partículas cargadas electricamente. Dicho de
otro modo, un imán atrae a otro imán porque
los electrones de dentro de cada uno se
“ponen de acuerdo” para moverse en el
mismo sentido alrededor del nucleo atómico.
Por esta razón un campo magnético ha de ir
acompañado obligatoriamente de un campo
eléctrico, y a la combinación de ambos se le
llama precisamente campo electromagnético.
Lo que resulta increíble (y esta tarea la dejamos a genios de la talla de Maxwell) es que se
pueda relacionar un imán y una carga eléctrica con una teoría de la luz. Con un ingenioso
sistema de vórtices actuando como engranajes, Maxwell, para su sorpresa, llegó a una
ecuación llamada “de ondas” en la que vibraban dichos campos electromagnéticos. Pero
mayor aún fue su sorpresa cuando la
velocidad de propagación de aquella
onda, obtenida a partir de imanes y cargas eléctricas... ¡coincidía con la velocidad de la luz! Por fin todo estaba claro.
Sólo quedaba explicar todos los experimentos del momento mediante esta
nueva explicación. Pero el nuevo siglo
traería sorpresas que oscurecerían los
éxitos de esta nueva teoría.
TODO ENCAJA,
EXCEPTO LA LUZ
A finales del siglo XIX, todavía había
experimentos que se resistían a ser
explicados por las teorías físicas al uso.
Por ejemplo, al calentar un objeto, éste,
por el simple hecho de estar a una cierta temperatura, emite radiación electromagnética. En el caso de que esta temperatura sea de unos 5000ºC, por ejemplo, la radiación electromagnética se
aprecia en forma de luz visible, como en
el caso de las brasas que quedan al apagarse un fuego. Si esta es mayor, el cuerpo
emite en ultravioleta, como en el caso del sol.
Pues bien, la manera en que irradia energía un
cuerpo a una cierta temperatura no concordaba con la teoría electromagnética de Maxwell.
La explicación correcta a este fenómeno la dio
un tímido científico de nombre Max Planck. Su
timidez, de hecho, no le ayudó excesivamente
a defender una nueva teoría, absolutamente
revolucionaria, en que el intercambio de energía en cualquier proceso, se hacía mediante
cantidades fijas de energía: los cuantos. Que la
energía este cuantificada (se intercambie en
pequeños paquetes) implica, por ejemplo, que
un péndulo sólo pueda oscilar a unas frecuencias determinadas, estando el resto prohibidas.
Esto es evidentemente falso para cualquier peso que cuelgue de una cuerda, pero
sería en cambio cierto si peso y cuerda fueran
de tamaño atómico. Había empezado una
nueva era de la física, y en un momento, una
explicación global de todo el universo que se
veía inmediata, pasó a verse, del otro lado del
telescopio, lejana.
TEORÍAS DE LA LUZ
De Aristóteles a la física cuántica
Celebramos el año de la física, que coincide con el centenario del Nobel concedido a Einstein
por su teoría fotoeléctrica, con el lanzamiento de esta nueva sección destinada a repasar los
fundamentos que determinan, de una u otra forma, la actual tecnología audiovisual.
Einstein explicó el efecto fotoeléctrico hace 100 añosa u otra forma, la actual tecnología audiovisual.