“Hágase la luz”. Y la luz se hizo. (I)


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“Hágase la luz. Y la luz se hizo. Dios vio que la luz era buena, y separó la luz de las tinieblas“, el Génesis nos da así su particular versión del origen de la luz, pero desgraciadamente no nos da muchas más pistas sobre su naturaleza.  La idea de la luz como origen de la vida ha estado presente desde los albores de la civilización. Sin embargo, a pesar de su importancia, su definición nunca ha sido fácil.  Digamos que a la luz le ocurre como al amor: todo el mundo es capaz de reconocerla, pero muy pocos de definirla.  Quizás tampoco importe,  como alguién dijo una vez  “Donde hay luz también existe la sombra. ¿Dejaré de amar a la luz porque produce sombras?” Y precisamente en las luces y sus sombras estaban una de las claves para entender la naturaleza de la luz.

La naturaleza de la luz ha sido objeto de estudio desde épocas ancestrales. Newton con su genio habitual, también se ocupó de este fenómeno, descubriendo que la luz blanca estaba en realidad compuesta de diferentes colores que se separaban al pasar por un prisma. Con el éxito que tuvo su visión mecánica de la Realidad, no es de extrañar que Newton adoptara una filosofía similar y propuso que en última instancia la luz estaba compuesta de partículas. Sin embargo, contemporáneos a Newton, como Huygens, eran de otra opinión, y  pensaban que la luz tenía una  naturaleza ondulatoria. ¿Quién tenía razón? Debido a la gran autoridad de Newton, gracias al éxito de su  teoría de la gravitación universal, la teoría corpuscular de la luz tuvo un mayor seguimiento, pero las cosas cambiarían durante el siglo XIX.

En este punto es importante establecer algunas diferencias entre partículas y ondas, desde el punto de vista clásico. ¿Cómo distinguirías entre una onda y una partícula? Lo primero que hay que decir es que una onda implica la transmisión de una perturbación  en un medio. Contrariamente a una partícula, una onda no transporta materia, transporta energía. Tomemos por ejemplo las olas del mar, o las que se forman en un estanque cuando tiramos una piedra. Estas son ondas que transmiten el patrón de movimiento vertical arriba/abajo de las moléculas de agua, y por tanto, la energía implicada en ese movimiento,  pero no transporta moléculas de agua, sino obviamente, el mar o el estanque se vaciarían.

agua



Por otro lado, una partícula ocupa un lugar en el espacio y puede moverse en el vacío, mientras que una onda se extiende en el espacio y necesita de un medio para poder ser transmitida.  Un ejemplo sencillo sería el sonido. Imagínate dos astronautas en la  luna, si intentaran  hablarse el uno al otro… pues no podrían! La ausencia de atmósfera, la ausencia de un medio,  impide la transmisión del sonido. Sin embargo, podrían tirarse piedras, un tipo de partícula que ciertamente posibilita una forma de comunicación más contundente.

Hay dos fenómenos de particular importancia característicos y distintivos de las ondas: la difracción y la interferencia. La difracción, figura inferior izquierda, ocurre por ejemplo al interponer en el camino de una onda una rendija de tamaño cercano a su longitud de la onda. La onda se curva al atravesar la rendija, y ésta actúa como una fuente de ondas. La interferencia ocurre al encontrarse dos ondas, figura inferior derecha, el resultado son zonas en las que las dos ondas se suman, es decir, se interfieren de modo constructivo, y zonas en las que las ondas se anulan o de interferencia destructiva.


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Teniendo en cuenta estas diferencias entre partículas y ondas, a principios del siglo XIX, Thomas Young demostró que la luz mostraba patrones de interferencia característicos de las ondas. El experimento realizado por Young, más conocido como  experimento de la doble rendija, consistió en hacer pasar la luz a través de dos rendijas de dimensiones y separación adecuadas, es decir, comparables a la longitud de onda de la luz.  En este experimento, concurren los dos fenómenos de los que hablábamos antes. Por un lado, al llegar la luz a una pared con dos rendijas, la luz se difracta, y las dos rendijas actúan ahora como fuentes de ondas lumínicas con un frente de ondas curvo. Estas dos ondas interfieren, y por lo tanto,  si nos fijamos en la luz que llega a la pared P del diagrama inferior izquierdo, obtenemos un  patrón periódico de luces y de sombras, como resultado de las interferencias constructivas y destructivas. A esta serie de luces y sombras alternadas se le denomina patrón de interferencia o patrón de difracción de la luz al atravesar dos rendijas.


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En resumen, ante la pregunta  del poeta  “¿Dejaré de amar a la luz porque produce sombras?“, la respuesta que podríamos dar desde la ciencia es que precisamente por sus sombras sabemos de la naturaleza ondulatoria de la luz, por lo tanto, ¿Cómo no amar ámbas?. Pero como a menudo ocurre en la ciencia, la respuesta a una pregunta hace surgir otra: de acuerdo…, muy bién …, la luz es una onda, pero ¿una onda de qué?. La respuesta a esta pregunta reside en las fuerzas y campos eléctricos y magnéticos, cuya  teoría se desarrolló a lo largo del siglo XVIII y XIX. Pero por hoy vamos a dejarlo aquí, o dicho de otra manera, tendrás que esperar  a que “dé a luz” a una próxima entrada 😉

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  1. #1 por JUAN CARLOS ETXEBERRIA el enero 23, 2013 - 9:31 am

    Muy bueno, Xabi. (por cierto, el “me gusta” de mi media naranja en realidad lo he clickado yo involuntariamente en su nombre; cuestión de perfiles y configuraciones.

    • #2 por xabierjota el enero 23, 2013 - 9:33 am

      Gracias JuanKar! Me encanta que te guste, porque estoy intentando hacerlo lo más divulgativo posible, y en ese sentido, tu opinión cuenta … y mucho 😉

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