“Hágase la luz” y la luz se hizo…onda electromagnética (II)


FisikaArloak

Desde que tuvo conocimiento de los trabajos de Galvani, el Dr. Frankestein estaba convencido de que la electricidad era el origen de la  fuerza vital de la materia  orgánica. Y ahí estaba él … a punto de dominar el soplo divino de la naturaleza. El Dr. Frankestein observa por última vez, el cuerpo sin vida que tiene ante sí. Parece mentira que la historia del ser humano esté a punto de cambiar. La especie humana liberada de la finitud de la vida, sin Dios mediante, ni ser superior alguno que obre el milagro. El Dr. Frankestein mira al cielo, las nubes de tormenta se acumulan por encima de la máquina en forma de cono, que concentrará la energía eléctrica en ese amasijo de carne malamente cosida. De repente, un rayo de luz rasga el cielo, e impacta en  el cuerpo inmóvil que yace en la mesa fría de metal … Todos sabemos lo mal que acaba esta primera historia de ciencia ficción, y tenemos claro que los rayos de electricidad no son ninguna pócima mágica que insufle vida en la materia. Sin embargo, ¿Estaba el Dr. Frankestein tan desencaminado? Al fin y al cabo, ¿No es la luz la energía que sostiene la vida en la Tierra? ¿Y qué es la luz, sino olas de electricidad y magnetismo ondulando por el universo?

Pero ¿Cómo se llegó a la conclusión de que la luz eran ondas electromagnéticas? En una entrada anterior,  vimos que el trabajo de Maxwell supuso la definitiva unificación de las fuerzas eléctricas y magnéticas. Hablamos desde entonces,  del campo electromagnético. Las ecuaciones de Maxwell nos describen este campo, su comportamiento, y cómo se propaga en el espacio. Maxwell pensaba que las perturbaciones de los campos electromagnéticos se transmitían en forma de ondas transversales, y a través de sus ecuaciones pudo  estimar la velocidad de propagación de esa onda transversal. Obtuvo como resultado  310,740,000 m/s, un valor sospechosamente parecido al de la velocidad de la luz determinada por medios ópticos,  298.000 km/s. Maxwell, en un momento de inspiración,  concluyó entonces que la luz era una forma de distorsión electromagnética en forma de onda:

This velocity is so nearly that of light that it seem we have strong reason to conclude that light itself (including radiant heat and other radiations, if any) is an electromagnetic disturbance in the form of waves propagated through the electromagnetic field according to electromagnetic waves.

Desde principios del siglo XIX, a través de los experimentos de Young, se sabía que la luz era una onda, pero no se sabía qué tipo de onda. Ahora por fin Maxwell desvelaba el misterio, la luz era una onda electromagnética, unificando así la teoría electromagnética con la óptica. Quedaba establecida, más allá de cualquier duda, la naturaleza ondulatoria de la luz.

Maxwell apuntó a otra idea importante en la frase arriba indicada “…other radiations, if any…”, es decir, la luz no es la única forma de radiación, o mejor dicho, la luz no es sólo la radiación que ven nuestros ojos. Y es que efectivamente, la radiación que pueden captar nuestros ojos, y que comúnmente llamamos luz, es ciertamente restringida. La luz es algo más general. Para entender ésto, hay que comprender algún aspecto de las ondas. Las ondas electromagnéticas de las que se componen la luz pueden ser representadas en el espacio de la forma abajo indicada: en rojo, representamos las oscilaciones de los campos eléctricos, las “olas” eléctricas , y en azul el campo magnético asociado, que oscila de la misma manera, pero en un plano perpendicular al campo eléctrico. Para caracterizar las ondas, se mide la longitud existente entre dos crestas consecutivas de la onda, a este parámetro lo denominamos longitud de onda (wavelength).

onda-em

Pues bien, el espectro de todas las ondas electromagnéticas posibles,  se dividen en zonas de acuerdo al valor de la longitud de onda. Así, utilizamos los siguientes nombres para referirnos a estas zonas concretas,  de mayor a menor longitud de onda: radiofrecuencias, microondas, infrarrojos, visible, ultravioleta, rayos-X y rayos-Gamma (ver diagrama inferior). Insisto, aunque tu ojo sólo pueda detectar las ondas electromagnéticas de la zona visible del espectro, las otras ondas son tan luz como  las visibles, no hay una diferencia cualitativa. La única diferencia es la longitud de onda que presenta cada tipo de luz.  Dejo para una siguiente entrada, la energía que implica cada tipo de onda, porque para ello deberemos introducir algunos conceptos cuánticos. Pero sí me interesa recalcar que las radiaciones electromagnéticas es un concepto más general que la luz visible, o dicho de una manera más poética, la luz es mucho más que lo que vemos. Por ejemplo, imagínate la siguiente situación: estás en la cama, te despiertas, y enciendes la luz.  Luego, vas a la cocina, abres la persiana para que entre el sol de la mañana. Al verte la piel, te das cuenta que últimamente te estás poniendo bastante moreno,  y con este pensamiento, enciendes la radio para oir las noticias. Abres el microondas y metes el vaso de leche para calentarte el desayuno, y empiezas a desayunar mientras oyes las noticias en la radio. Cuando estás desayunando, suena tu móvil, respondes, es Osakidetza (Servicio Vasco de Salud) para comunicarte que hoy tienes que hacerte la radiografía del hombro, … esa lesión que no acaba de curar! Así, como quien no quiere la cosa, has hecho todo un viaje por el espectro electromagnético: radiofrecuencias (radio), microondas, infrarrojo (móvil), visible, ultravioleta (sol) sin salir de casa,… y rayos-X cuando vayas a hacerte la radiografía. Pues bien, todas esas ondas, son oscilaciones electromagnéticas, todas son luz…pero de diferentes longitudes de onda, y eso como veremos en una entrada posterior tendrá sus consecuencias.

espectro-electromagnetico

Llegados hasta aquí, podéis pensar que si la luz es una onda electromagnética, debe de propagarse en un medio, como toda onda que se precie, como las olas en el agua, o el sonido en el aire. Pero ¿Qué medio, qué fluido se encarga de transmitir la luz?  Esta cuestión mantuvo a los físicos intrigados en la segunda mitad del siglo XIX. En principio, hay que decir que para desarrollar sus ecuaciones, Maxwell se basó en un complejo modelo de remolinos extraños (vórtices) en un fluido. Sin embargo, al acabar la construcción de sus leyes, Maxwell se dió cuenta de que en realidad no necesitaba introducir este fluido, ni el concepto de vórtices, para que sus ecuaciones funcionaran, y como resultado, sospechaba que las distorsiones electromagnéticas podían transferirse en el vacío. Sin embargo, esto parecía muy raro para una onda, y además el concepto de vacío siempre ha provocado mucha controversia. Como hemos dicho antes, toda onda conocida (hasta entonces por lo menos) necesita de un medio material para transmitirse.  Por ello, la mayoría de los físicos de la época pensó que había un fluido que llenaba todo el espacio, a través del cual, se transmitía la luz. Se le llamó eter lumínico, eter haciendo referencia al quinto elemento de la física aristotélica.  

Pues bien, en 1887, Michelson y Morley se prepararon para demostrar la existencia de tal material, y cual sería su sorpresa cuando a través de sus experimentos lo que demostraron fue precisamente lo contrario: refutaron la existencia del éter. Con ello,  quedó demostrado que la luz era una onda un tanto especial, ya que se podía transmitir en el vacío, no necesitaba de ningún medio material para ser transmitida. Bueno, la cosa la podemos ver de otra manera, si asociamos entidad de realidad a los campos electromagnéticos, entonces el vacío ya no es tan vacío, y ese el medio a través del cual la luz se transmite. Eligan ustedes como quieran … “verlo” 😉 Esta no  sería la única sorpresa que depararía la luz, ya que como dijimos en otra entrada, la luz fue la piedra angular sobre la que pivotaron las dos grandes revoluciones de la física en el siglo XX: la relatividad y la cuántica. Por eso, para que se haga la luz definitivamente, todavía nos hacen falta algunos conceptos más…en futuras entradas 😉

Disclaimer: I have used the images in a non for profit, scholarly interest, under the fair use principle - however, I am willing to remove them if there is any infringement of copyright laws.
Anuncios

, , , ,

  1. Deja un comentario

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s

Buscando el optimismo

Tienes TV, periódicos y radios para el pesimismo...

Más que Ciencia

Investigación, desarrollo, innovación y estilos de vida a tu alcance

Experientia docet

Química Cuántica y Filosofadas varias

CatQuímica.cat

Bloc creat amb motiu de l'Any Internacional de la Química (AIQ2011)

Lejos

Este es un diario para ser leído después, cuando estemos juntas y ya no nos duela la distancia.

Los Mundos de Brana

«I love physics with all my heart... It is a kind of personal love, as one has for a person to whom one is grateful for many things». Lise Meitner

Roskiencia

Blog personal de Ismael Díaz para divulgar la Ciencia.

La Naturaleza Humana

Gracias a la ciencia conocemos cada vez mejor la condición humana, los cómos y los porqués de nuestra especie. Ciencia y Humanismo están así entrelazados

Francis (th)E mule Science's News

La Ciencia de la Mula Francis. Relatos breves sobre Ciencia, Tecnología y sobre la Vida Misma

Naukas

Ciencia, escepticismo y humor

Ese punto azul pálido (Pale Blue Dot)

Química Cuántica y Filosofadas varias

El Tamiz

Si no eres parte de la solución, eres parte del precipitado.

Cuentos Cuánticos

Un sitio donde los cuentos de ciencia están contados y no contados al mismo tiempo

EL BLOG DEL BÚHO

Química Cuántica y Filosofadas varias

Nola ikasi Kimika Kuantikoa izutu gabe

Química Cuántica y Filosofadas varias

A %d blogueros les gusta esto: