Como dentro de poco celebramos el día internacional de la luz (el 16 de mayo según la ONU), hoy vamos a contaros un poco sobre qué es exactamente la luz, su historia y las características más curiosas que posee.
La naturaleza de la luz es un tema que fascinó a los científicos y filósofos durante siglos y que los trajo de cabeza hasta principios del siglo XX, cuando se desarrolló el campo de la física cuántica. Antes del s. XVIII se creía que la luz estaba formada por partículas pequeñas, teoría que permitía explicar los efectos ya conocidos de la refracción y la reflexión. Isaac Newton fue uno de los que desarrolló una teoría corpuscular de la luz que tardaría muchos años en cuestionarse debido al gran prestigio de su autor.
Pero entonces en el s.XIX, Thomas Young realizó el famoso experimento de la doble rendija que le permitió observar la interferencia producida por la luz. Y la única forma de explicar este fenómeno y otros como la difracción y la polarización de la luz era suponiendo que la luz fuese una onda. Esto y las medidas de la variación de la velocidad de la luz en diferentes medios que no coincidían con los valores predichos por Newton convencieron a la mayoría de la comunidad científica de que la teoría corpuscular no era correcta y supusieron que la luz tenía una naturaleza ondulatoria.
Así que pasaron a cuestionarse otros temas. Como por ejemplo, si la luz era una onda, ¿por qué medio se propagaba en el espacio? En esa época no se concebía todavía que la luz pudiera propagarse por el vacío, sino que las ondas debían viajar por una sustancia al igual que el sonido viajaba por el aire y el agua (y que casualmente no se transmite por el vacío, al margen de lo que se escuche en algunas películas espaciales). Esta concepción de una onda mecánica les llevó a suponer la existencia de un cierto medio físico al que denominaron “éter” que debía ocupar todo el espacio. Pero tras los experimentos de Michelson y Morley, que montaron un ingenioso interferómetro para intentar encontrar este “éter” y que ha tenido muchísimas aplicaciones en diversas investigaciones posteriores (por poner un ejemplo, el experimento de detección de ondas gravitacionales LIGO se fundamenta en él), se concluyó que este éter no podía existir.
Y por “último”, Faraday y después de él Maxwell, al estudiar y combinar las cuatro famosas ecuaciones que llevan su nombre, encontraron que existían unas ondas electromagnéticas (que no necesitaban propagarse por un medio físico) que (¡vaya casualidad!) se propagaban a una velocidad constante que coincidía con la medida para la velocidad de la luz. Y como dos más dos son cuatro (no siempre pero aquí eso no lo contamos por ahora), voilà! ¡La luz es una onda electromagnética que se puede transmitir por el vacío!
¡Qué bien! De repente es todo muy sencillo, ¡y se pueden explicar todos los fenómenos producidos por la luz! Todo marchaba perfecto en el mundo del electromagnetismo. Algunos incluso llegaron a decir que la física ya se había acabado, y que solo quedaba cuadrar el resto de detalles que faltaban en las teorías ya desarrolladas.
Ah, no. Espera. ¿Y cómo explicamos el problema de la radiación del cuerpo negro, que con la teoría de las ondas nos diverge al infinito? ¿Y el efecto fotoeléctrico? Los resultados obtenidos para explicar la absorción y emisión de energía de los materiales sólo se podían explicar suponiendo que la luz estaba formada por partículas, cuantos de luz.
Llegados a este punto, podemos imaginar cómo debía estar la gente con estos resultados tan contradictorios. Por un lado, estaban los experimentos que demostraban claramente que la luz tenía que ser una onda. Y por el otro, estaban otros tantos que solo se podían explicar si la luz estaba formada por partículas. Vaya por dios.
Estos resultados tan contradictorios, llevaron al estudio más profundo de la cuantización de la luz y con ello se desarrolló la teoría cuántica. Con esta teoría se aceptó y explicó esta dualidad onda-partícula de la luz al describir esta que la luz es una onda electromagnética que se encuentra formada por unos paquetes de onda, unas partículas sin masa denominadas fotones, lo que explica que bajo diversas situaciones actúe o como onda o como partícula. Es decir, es una onda cuantizada.
Y con esto se pudieron explicar las restantes propiedades observadas de la luz. La refracción, la reflexión, la interferencia, la dispersión, su polarización… Esto, unido al desarrollo de la teoría relativista le ha otorgado una gran importancia a estas ondas, puesto que tienen un papel fundamental en muchas las teorías que utilizamos actualmente en la física moderna.
Así que ahora que tenéis una idea de qué es la luz, os vamos a dar algunas de las curiosas características que posee y que convierten a la luz en una de las más importantes contribuciones a la física:
La velocidad en el vacío de la luz es un valor constante universal, c (299 792 458 m/s). Este valor es el mismo medido desde cualquier sistema de referencia inercial, lo cual es una de las bases de la teoría de la relatividad de Einstein. Además, esta es la velocidad más alta a la que se puede desplazar cualquier cosa, ya sea energía, materia o información.
La luz natural está formada por un gran conjunto de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias (espectro electromagnético). Estas se pueden separar en las diferentes componentes que la forman mediante espectroscopios.
Cada elemento emite luz con unas frecuencias particulares que son diferentes para cada uno de los elementos y que dependen de qué forma cada tipo de átomo.
Se considera luz a todo el espectro electromagnético, desde las ondas de radio, hasta los rayos gamma.
El ser humano solo puede detectar la luz del espectro visible (entre los 430 THz y los 770 THz de frecuencia aproximadamente).
La luz se deforma al pasar sobre un espacio curvo, o lo que es lo mismo, a la luz le “afecta” la gravedad. Por ello los agujeros negros son capaces de atrapar la luz.
La luz generalmente es una onda esférica.
Los láseres emiten luz con casi una única frecuencia (luz monocromática).
El efecto Doppler también ocurre para la luz.
Espectro de emisión del Neón en el que se observan los colores en los que emite. En las zonas oscuras no se emite luz.
Y existen muchas cualidades más que no vamos a mostrar aquí. Os animamos a que si tenéis curiosidad sobre el tema investiguéis sobre ella, puesto que las características de la luz son un tema muy interesante, tanto sus aplicaciones en la física experimental, como las cualidades que podéis estudiar en la óptica y la fotónica y como constante universal fundamental para entender, desarrollar y aplicar las teorías como la física relativista y cuántica.
