Historias de la Ciencia

¿Qué es la luz exactamente? ¿cuál es su naturaleza?. Esta ha sido una de las incógnitas más antigua en la historia de la ciencia.

A primera la luz vista viaja en línea recta y podríamos interpretarla tanto como si fuera un haz de partículas que se desplazan o como si fuera una onda como las olas del mar.

El comportamiento de las ondas es muy diferente al de las partículas. Las ondas presentan unos picos y unos valles. Si quisiéremos sumar dos ondas y sus picos coinciden entre sí, tendremos una onda con picos más altos y valles más bajos, pero si las sumamos de forma que el pico de una coincida con el valle de la otra se anulan. O sea, dos ondas pueden interaccionar y desaparecer. Esto es un efecto que entre partículas es impensable. O bien hay una partícula o bien hay dos, pero en ningún momento una partícula que choque con otra hace que las dos desaparezcan. A este fenómeno se le conoce con el nombre de interferencias.

Con el éxito de Newton de su ley de la Gravitación Universal, no es extraño que afirmara de forma tajante que la luz es corpuscular. Newton se opuso violentamente a la naturaleza ondulatoria de la luz, ya que no veía cómo se podía explicar con ella la propagación rectilínea de la misma. Por otro lado estaba Christian Huygens, 13 años mayor que Newton que defendía la naturaleza ondulatoria con algunas ventajas. Ambas teorías explicaban perfectamente la reflexión y refracción de la luz. Pero diferían en una cosa. La teoría corpuscular afirmaba que las partículas de luz se acelerarían al pasar por un material de mayor densidad óptica y las ondas a menor. Esto no era comprobable por aquella época. Debido a la influencia de Newton y a la poca habilidad de Huygens para desarrollarla matemáticamente, la teoría ondulatoria quedó descartada durante un siglo.

Entonces apareció nuestro héroe: Thomas Young. Dar como datos de este hombre que a los catorce conocía el latín, hebreo, samaritano, caldeo, árabe, sirio, francés, italiano, persa, turco y etíope. Estudio medicina en Cambridge. Investigó el funcionamiento del ojo humano, estableciendo que existen tres tipos de receptores cada uno de ellos sensible a uno de los colores primarios. Y muchas más cosas.

¿Qué hizo este hombre de importancia capital para la historia de la ciencia?. En primer lugar puso una rendija delante de una fuente de luz. Esto es lo que se vio:

A simple vista observamos la mancha central. Ahora, Young puso dos rendijas tapando una con un dedo, viendo (evidentemente), el mismo resultado. Si destapáramos la segunda rendija, esperaríamos ver dos manchas. Pero cuando quitó el dedo, cambió la historia y se hizo famoso. ¿Qué sucedió?. Pues lo que os muestro a continuación:

¿Por qué? Pues porque había puntos en los que el pico se había sumado a otro pico y otros en que el pico se había anulado al sumarse con un valle. Se había producido el esperado fenómeno de las interferencias. La explicación en forma de dibujo lo tenéis aquí:

Estas interferencias no son sólo peculiares de la luz, sino de cualquier tipo de onda. Por ejemplo, son similares a las que pueden verse en el agua cuando las provocamos desde dos puntos diferentes:

Fijaos que hay zonas que no se alteran, zonas que suben y zonas que bajan. Vaya coincidencia con las ondas, ¿no?. Hecho en plan bonito, con láser, y otros adelantos, las cosas se han visto todavía con mayor claridad:

Pero claro, toda esta demostración tuvo lugar menos de 100 años después de la muerte de Newton. No iban a destronar tan fácilmente al ídolo de Inglaterra. Más tarde, Augustine Fresnel hizo un trabajo más detallado con la teoría ondulatoria, logrando explicar los colores que adquiere la luz al reflejarse en las pompas de jabón (por cierto, es por interferencias, pero ya os lo explicaré). A mediados del siglo XIX Léon Focault (el mismo del péndulo) demostró que la velocidad de la luz es menor en el agua que en el aire, contradiciendo la hipótesis de Newton.

Pues bien, ya habéis visto la naturaleza ondulatoria de la luz. Espero que haya quedado demostrado de forma indiscutible. A finales del siglo XIX sólo un genio o un loco la hubiera puesto en duda. Pues bien, hubo uno. Su nombre: Albert Einstein. Planteó ecuaciones del choque elástico para la luz en ciertos efectos que había observado, como si la luz fuera un haz de partículas. ¿Sabéis una cosa? Las ecuaciones le cuadraron perfectamente con los resultados. Aquí la luz no se comportaba como onda, sino como partícula. Como siempre, Einstein nos puso patas arriba la física. Pero eso ya es otra historia y nos deja como estábamos al principio, ¿qué es la luz, una onda o una partícula?

Desesperante, ¿no?.

Fuentes y gráficos:
“El panorama inesperado”, James S. Trefil
“En busca del gato de Schrödinger”, John Gribbin
http://www.ciencianet.com/young.html
http://usuarios.lycos.es/pefeco/ondas5/ondas5_indice.htm
http://fisica.usach.cl/~iolivare/pro05.pdf