La Luz

La evolución de nuestros conocimientos sobre la luz ha ido aparejada a la evolución de la Física.

Ya durante la Grecia clásica se empezaron a formular teorías sobre la naturaleza de la luz. Demócrito y su escuela de atomistas consideraban la luz como un flujo de partículas que partían de los focos de luz. Aristóteles rechazó la idea, considerando la luz como algún tipo de interacción entre el ojo y el objeto visto. Para Euclides la luz era un tentáculo lanzado por el ojo hacia el objeto. Sin embargo estas ideas no pueden considerarse propiamente científicas, puesto que no se apoyaban más que en el ingenio y la intuición del autor. Aproximadamente en el año 1000 un árabe, Al-Hazen, estableció que la luz se dirige desde la fuente externa que la emite hasta los ojos tras ser reflejada por los objetos visibles. Descubrió la ley de la reflexión, explicó rudimentariamente el mecanismo de visión e inició los estudios sobre la refracción. No fue hasta 600 años más tarde cuando se iniciaron de una manera sistemática los estudios sobre la luz. Durante el siglo XVII se descubrieron todas las leyes experimentales de la Óptica geométrica y de lo que ahora llamamos Óptica física. En 1628 Snellius la ley de la refracción. Basándose en ella Kepler explicó el funcionamiento de las lentes ópticas. Römer determinó la velocidad de la luz (2,2 108 m/s). A estas alturas se disponía ya de los conocimientos necesarios para formular una teoría sobre la naturaleza de la luz. Y se formularon dos: En 1678 Huygens elaboró la teoría ondulatoria de la luz según la cual la luz era una onda longitudinal que utiliza como soporte material una sustancia que denominó éter. El éter lo llenaba todo y debía ser lo suficientemente elástico como para permitir a la luz una elevada velocidad.

La teoría ondulatoria explica fácilmente la reflexión. Para explicar la refracción supuso que la velocidad en el vidrio era menor que en el aire. En aquella época la comprobación de este dato era imposible. También pudo explicar la doble refracción en el espato de Islandia, con la aparición de una onda ordinaria y de otra extraordinaria debido a la existencia en el cristal de dos medios vibratorios.

Por contra su teoría es incapaz de explicar la propagación rectilínea y la polarización al atravesar dos cristales de espato de Islandia.

Paralelamente Newton, elaboró la teoría corpuscular de la luz según la cual la luz era un chorro de partículas que se originaba en el foco de luz. Para la teoría corpuscular la reflexión no es mas que el rebote de las partículas sobre un cuerpo. La refracción se debería a que la componente perpendicular a la superficie de separación de los medios, de la velocidad de la partícula es mayor en el medio que en el aire. Justo al revés que la teoría ondulatoria. La explicación de la doble refracción es más rebuscada; los corpúsculos tendrían forma de prisma, dos de cuyas caras interaccionarían con el espato y las otras no. La difracción se debería a la atracción ejercida sobre el corpúsculo por el cuerpo.

Para explicar los anillos de Newton sostuvo que al llegar la luz a la separación entre dos medios, se reflejará o transmitirá dependiendo del espesor del medio. Los colores los achaca al distinto tamaño de los corpúsculos. Fue la teoría de Newton la que se impuso gracias a ser la más completa y al prestigio del autor. Hasta comienzos del siglo XIX fue unanimemente aceptada.

En 1800 Malus, científico francés, dió nombre a la luz polarizada. El descubrimiento tuvo lugar en el curso de unas investigaciones encaminadas a dar una explicación mejor que la de Newton al fenómeno de la doble refracción (birrefringencia). Ni Malus, ni Biot, ni Laplace, ni otros convencidos corpusculistas dieron a la luz polarizada una explicación convincente.

Thomas Young, científico inglés, resucitó la teoría ondulatoria y consiguió explicar las interferencias producidas por dos focos luminosos, demostrando que luz más luz puede dar oscuridad. Demostró que los anillos de Newton no son mas que el resultado de interferencias en láminas convergentes. Midió la longitud de onda de diversos colores. Sin embargo al no dar una adecuada forma matemática a sus descubrimientos estos tuvieron poco eco. En 1814 Fresnel, ingeniero francés, partiendo del principio de Huygens, de que "cada elemento de la superficie de una onda puede actuar como fuente de ondas secundarias", confirmó las interferencias de Young y construyó una base conceptual y matemática para la Óptica física. La teoría de Fresnel explicó la birrefringencia, la luz polarizada, la polarización circular, la elíptica y todas las predicciones que se derivaban de ella se veían confirmadas por la experiencia. Hacia 1850 la teoría ondulatoria era ya universalmente aceptada y un experimento le dio el triunfo definitivo: Foucault midió en su laboratorio la velocidad de la luz y confirmó la predicción de Huygens; la velocidad de la luz en el agua es 3/4 de su velocidad en el aire. La teoría ondulatoria tenía aún un problema; era una teoría mecanicista, precisaba de una medio en el que se propagara la onda, el éter.esta sustancia debía poseer una elasticidad infinita para que la luz se pudiera propagar con la velocidad que lo hacía. En 1887 Hertz descubrió la existencia de un campo electromagnético, como había predicho Maxwell. En ese mismo año Michelson y Morley descubrieron que la Tierra no se desplazaba respecto al éter; por lo que no debería existir. En 1893 Hertz midió la velocidad de propagación de un campo electromagnético y resultó ser la misma que la de la luz. En este momento la luz se deshizo del lastre mecanicista que arrastraba desde el principio de la ciencia. Era un fenómeno que nada tenia que ver con las leyes de Newton. En este punto de la historia la Física entendía tres realidades: la materia, a la que se le aplicaban las leyes de la mecánica de Newton; las radiaciones, con las leyes del electromagnetismo de Maxwell y la energía, con las leyes de la termodinámica. Se creía así mismo que la Física estaba acabada, que los pocos fenómenos que aún no tenían explicación se les encontraría alguna en poco tiempo. Las explicaciones que se dan a tres de estos fenómenos van a revolucionar la Física.