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¿Que es la Luz?



Para la mayoría de las personas, la luz es algo tan natural y cotidiano que perdemos conciencia de su existencia. Estamos muy acostumbrados a despertar, abrir los ojos y mirar todo el entorno hasta volver a cerrar los ojos. Casi nunca pensamos que, en realidad, lo que vemos es luz reflejada (o bien luz producida) por los objetos, luz que llega a nuestros ojos. De lo contrario simplemente no podríamos ver.



¿Cómo llega la luz a nuestros ojos? ¿Cómo se propaga? o más aún, ¿qué es la luz?. Muchas personas se lo han preguntado, sin embargo fue hasta el siglo XVII, con Sir Isaac Newton, que se inició un estudio formal de la luz. Él consideraba a la luz como un conjunto de bolitas (corpúsculos) con masa que dependía del color. Así, Newton pudo explicar ciertos fenómenos como la descomposición de la luz blanca y el cambio en la dirección de la luz al pasar por diferentes medios (como el aire y el agua). La gente de esos días no gustaba de estas ideas, pues no empataba con su sentido común. Después de todo, nadie había visto que de una vela encendida salieran bolitas luminosas. En esta misma época surgió otra interpretación de la luz, la ondulatoria, propuesta por Christiaan Huygens. Esta idea fue más aceptada porque explicaba de una forma más natural el comportamiento de la luz. De esta manera se consideraba a la luz como un rayo con propiedades ondulatorias iguales a las ondas en la superficie del agua. Esta teoría se popularizó al ser base de la explicación para muchos fenómenos como la interferencia y difracción, fenómenos que ya se conocían en las ondas y que la teoría corpuscular (teoría de Newton) no podía explicar. El formalismo matemático que concluyó elestudio de la luz en su interpretación ondulatoria, lo dio el físico escocés James Clerk Maxwell en un artículo publicado en 1873. En este artículo, Maxwell coloca a la luz visible (la que podemos ver con nuestros ojos) dentro del granconjunto de ondas, las ondas electromagnéticas. Para entonces, dados los experimentos realizados, los problemas del comportamiento de la luz y su naturaleza estaban totalmente resueltos: la luz tiene una parte eléctrica y otra magnética, y se comporta como una onda de acuerdo a las leyes de Maxwell. Sin embargo, el éxito de la interpretación ondulatoria de la luz no duró mucho tiempo.




A finales del siglo XIX, surgió un experimento que revolucionó la forma de pensar la luz. Gracias a diversos experimentos, se sabía que la luz era una forma de energía, y si se hacía incidir sobre algo, ésta le cedería energía a ese algo. Por ejemplo, si se hacía incidir sobre una placa metálica, se sabía que la energía de la luz cedería su energía principalmente a los electrones hasta desprenderlos de la placa. Como es muy natural pensar, entre más luz se incida sobre la placa, más energía se cede y más electrones se desprenden de la placa. Este experimento se realizó y, para sorpresa de todos, la cantidad de electrones que se desprendían de la placa, tenían un límite. Es decir, había un punto en el que a pesar de incrementar la intensidad de la luz, ya no se desprendían más electrones. La sorpresa fue aún mayor cuando se dieron cuenta de que este límite cambiaba si se hacía incidir luz de otro color sobre la placa. Lo que estaba diciendo la naturaleza es que la energía absorbida por los electrones no dependía tanto de la intensidad de la luz como del color. Esto se conoce como el efecto fotoeléctrico, y fue resuelto por Albert Einstein en 1905, basado en ideas que Max Planck propuso en 1901. La solución de este problema se basa en el hecho de que la energía, en muy pequeñas escalas, se cede y se absorbe en cantidades fijas y bien determinadas. Es decir, no se puede ceder ni absorber cualquier cantidad de energía, sino sólo múltiplos de un mínimo al que se le llama “cuanto” de energía.




Más tarde, en 1925 Louis de Broglie propuso que las partículas podían tener propiedades de onda y viceversa. Esta idea revolucionó la concepción de partícula y onda, pues ahora parecían ser lo mismo. De ser así, la luz, a la que se había aceptado como una onda y se le habían comprobado experimentalmentepropiedades ondulatorias, podía ser un conjunto de partículas. De un momento a otro, resurgía la interpretación que Newton le daba a la luz. Para desgracia del mundo científico, las ideas novedosas derivadas de la física cuántica, no se podían comprobar tan fácil, pues sólo se manifestaban claramente en escalas tan pequeñas como la de los electrones, y en esos días no se tenía el equipo necesario para hacer los experimentos a esta escala.




Hoy en día, se cuenta con muchas herramientas que nos permiten explorar el comportamiento de la luz como una onda o como una partícula. Por ejemplo, el láser, que ofrece una fuente de luz de un solo color, en una sola dirección y bien definida, a diferencia de un foco o unavela que producen luz de varios colores y dispersa, así como toda la electrónica desarrollada: desde los detectores hasta las computadoras. Cabe mencionar que México no se queda atrás: Actualmente en la UNAM se están haciendo experimentos, los cuales buscan corroborar que la teoría cuántica es una teoría completa. Estos experimentos consisten en detectar ciertos fotones (partículas asociadas a la luz y a las ondas electromagnéticas en general) que se conocen como “enredados” por sus fuertes correlaciones. De esta forma se pretende poner fin a la paradoja propuesta por Einstein, Podolsky y Rosen en 1935 (conocida como paradoja EPR) donde parecía que la teoría cuántica se contradecía con la relatividad.




La ciencia, y en particular la física, busca entender y describir a la naturaleza para poder predecirla y seguir entendiéndola. La luz puede ser una partícula, una onda o las dos al mismo tiempo, la interpretación depende de qué es lo que se busca entender y predecir acerca de ella.


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