4.1 NATURALEZA DE LA LUZ

4.1 NATURALEZA DE LA LUZ
La luz es una forma de energía que emiten los cuerpos luminosos y que
percibimos mediante el sentido de la vista. La luz es una refracción que se
propaga en formas de ondas, aunque también se propaga en línea recta en forma
de corpúsculos.
La luz emitida por las fuentes luminosas es capaz de viajar a través de materia o
en ausencia de ella, aunque no todos los medios permiten que la luz se propague
a su través.
Desde este punto de vista, las diferentes sustancias materiales se pueden
clasificar en opacas, traslúcidas y transparentes. Aunque la luz es incapaz de
traspasar las opacas, puede atravesar las otras. Las sustancias transparentes
tienen, además, la propiedad de que la luz sigue en su interior trayectorias
definidas. Éste es el caso del agua, el vidrio o el aire. En cambio, en las
traslúcidas la luz se dispersa, lo que da lugar a que a través de ellas no se puedan
ver las imágenes con nitidez. El papel vegetal o el cristal esmerilado constituyen
algunos ejemplos de objetos traslúcidos.
En un medio que además de ser transparente sea homogéneo, es decir, que
mantenga propiedades idénticas en cualquier punto del mismo, la luz se propaga
en línea recta. Esta característica, conocida desde la antigüedad, constituye una
ley fundamental de la óptica geométrica. Dado que la luz se propaga en línea
recta, para estudiar los fenómenos ópticos de forma sencilla, se acude a algunas
simplificaciones útiles. Así, las fuentes luminosas se consideran puntuales, esto
es, como si estuvieran concentradas en un punto, del cual emergen rayos de luz o
líneas rectas que representan las direcciones de propagación. Un conjunto de
rayos que parten de una misma fuente se denomina haz. Cuando la fuente se
encuentra muy alejada del punto de observación, a efectos prácticos, los haces se
consideran formados por rayos paralelos. Si por el contrario la fuente está próxima
la forma del haz es cónica.
La naturaleza de la luz ha sido objeto de la atención de filósofos y científicos
desde tiempos remotos. Ya en la antigua Grecia se conocían y se manejaban
fenómenos y características de la luz tales como la reflexión, la refracción y el
carácter rectilíneo de su propagación, entre otros. No es de extrañar entonces que
la pregunta ¿qué es la luz? se planteara como una exigencia de un conocimiento
más profundo. Los griegos primero y los árabes después sostuvieron que la luz es
una emanación del ojo que se proyecta sobre el objeto, se refleja en él y produce
la visión. El ojo sería, pues, el emisor y a la vez el receptor de los rayos luminosos.
A partir de esa primera explicación conocida, el desarrollo histórico de las ideas
sobre la naturaleza de la luz constituye un ejemplo de cómo evolucionan las
teorías y los modelos científicos a medida que, por una parte, se consolida el
concepto de ciencia y, por otra, se obtienen nuevos datos experimentales que
ponen a prueba las ideas disponibles.
MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DE LA LUZ
La composición y velocidad de la luz han sido estudiadas por filósofos, teólogos y
científicos durante cientos de años. Los griegos fueron los primeros en escribir
acerca de sus creencias sobre la luz. Pensaban que emanaba de los objetos y que
la visión humana se emitía desde los ojos para capturar la luz.
Al comienzo del siglo XVII muchos científicos creían que no había tal cosa como la
velocidad de la luz, pensaban que la luz podía viajar cualquier distancia en forma
instantánea. Galileo no estaba de acuerdo y diseñó un experimento.
La velocidad de la luz (representada mediante c) actualmente no es una magnitud
medida, sino que se ha establecido un valor fijo en el Sistema Internacional de
Unidades. Desde 1983 el metro ha sido definido como la longitud que viaja la luz
en el vacío en el intervalo de tiempo 1/299792.458 de un segundo, de forma que la
velocidad de la luz se define exactamente 299792.458 km/s.
Antes de la centuria de 1700 se aceptaba que la luz se transmitía de forma
instantánea. Su fundamento estaba bien establecido mediante la observación de
eclipses, pero el error fue no considerar que la velocidad podía ser tan grande que
no se detectara ningún efecto.
Medidas basadas en observaciones astronómicas
Ole Roemer (1644-1710), fue el primero en medir la velocidad de la luz en 1676.
Detectó que el tiempo entre los eclipses del satélite Io de Júpiter era menor
cuando la distancia a la Tierra decrecía, y viceversa. El satélite queda oculto por la
sombra que proyecta el planeta Júpiter, y se puede detectar fácilmente el
momento en el que el satélite aparece de nuevo tras desaparecer brevemente de
la vista del observador terrestre.
Obtuvo un valor de 214000 km/s, aceptable dada la poca precisión con la que se
podía medir en aquella época la distancia de los planetas.
En 1728 James Bradley (1692-1762) estudió la velocidad observando las
aberraciones de las estrellas, que es el desplazamiento aparente de las estrellas
debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol. Obtuvo un valor de 301000
Km/s.
Medidas sobre la Tierra
Galileo (1564-1642) dudó que la velocidad de la luz fuera infinita y describió un
experimento. Dos personas toman una lámpara con rejillas y se colocan en la cima
de dos montañas diferentes. Una abría la rejilla de su lámpara y la otra debía abrir
la suya tan pronto como viera la luz de la lámpara del primero. De esta manera se
podía calcular cuánto tiempo habría pasado antes de que se viera la luz de la otra
montaña. La velocidad de la luz es tan elevada que es imposible detectarla
mediante un experimento de este tipo.
Armand Fizeau (1818-1868) en 1849 usó un haz de luz reflejado en un espejo a
ocho Km. de distancia. El haz pasa a través de una rueda dentada cuya velocidad
se incrementa hasta que el haz de retorno ha pasado completo el hueco siguiente.
El valor obtenido es 315000 Km/s. Usando espejos en rotación, Leon Foucault
(1859-1868) en 1850, obtuvo un valor de 298.000 Km/s.
Pruebas acertadas
Albert Abraham Michelson (1852-1931), en 1879, durante una reunión de la
Asociación Americana para el Progreso de la Ciencia, presentó el método que
había utilizado para determinar la velocidad de la luz, que halló ser de 300091
km/s, si bien en 1926, como consecuencia de los estudios que realizó en el
observatorio de Monte Wilson, dio como valor más correcto el de 299520 Km/s.
En Estados Unidos, colaboró con Edward W. Morley (1838-1923) para realizar una
serie de experimentos con el interferómetro para conocer la influencia que el
movimiento de la Tierra pudiera ejercer sobre un supuesto éter. Estos trabajos
probaron la constancia de la velocidad de la luz, siendo la base del principio de la
relatividad de Einstein. En 1907 recibió el premio Nobel de Física.
En 1907 Rosa y Dorsey lograron un valor de 299788 Km/s, el más exacto hasta el
momento.
Se han empleado otros métodos para mejorar la exactitud. En 1958, Froome llegó
al valor de 299792.5 Km/s, mediante un interferómetro de microondas y una celda
Kerr. A partir de 1970 con el desarrollo de aparatos de láser con una estabilidad
espectral muy grande y relojes de cesio exactos, ha sido posible mejorar las
medidas, llegando a ser conocida con tan sólo un error de un m/s