LA NATURALEZA DE LA LUZ (desarrollo histórico)

TEORIAS SOBRE LA NATURALEZA DE LA LUZ
La primera teoría fue probablemente la enunciada por Euclides (Grecia, siglo III a.C),
ya se conocía bastante bien el fenómeno de reflexión, dedujo sus leyes y formuló como
teoría de la visión que nuestros ojos lanzaban una especie de tentáculos en línea recta,
que al tocar los objetos producían el efecto de la visión. Esta teoría no se sustenta ya que
en la oscuridad no se ve aunque abramos los ojos.
La segundo gran contribución se la debemos a los árabes, Alhacen (entre los siglos IX y
X), profundizó en el estudio de la refracción,, estudio la anatomía del ojo (mediante
disecciones) y estructuro una teoría acertada de la visión, para él la visión se producía
porque “algo” salía de una fuente luminosa, se reflejaba en los objetos y se estrellaba
contra nuestra retina, produciendo la visión. Como vemos no dijo nada sobre la
naturaleza de ese “algo”.
Entre el siglo XVII y XVIII, tres grandes científicos enunciaron teorías sobre la
naturaleza de ese “algo”, teorías basadas en postulados totalmente distintos y por lo
tanto opuestas:
“Newton decía que la luz eran partículas, Huygens decía que la luz era una onda
longitudinal, Hooke decía que la luz era una onda transversal”.
Las ideas de Newton fueron las que se aceptaron inicialmente por tres grandes razones.
La primera razón fue que Newton era una eminencia científica y su pensamiento por lo
tanto era muy valorado. Por otro lado su teoría corpuscular era bastante más intuitiva
que la teoría ondulatoria. Por último, había pruebas experimentales que no podían
explicarse usándose las teorías ondulatorias, las sombras se observan nítidas y no se
observan interferencias (la luz según se creía no presentaba difracción ni interferencias).
En el siglo XIX, se abandona definitivamente la teoría de Newton debido al
experimento de doble rendija de Young, que muestra el fenómeno de interferencia, solo
explicable bajo una teoría ondulatoria. Que no se observaran antes los fenómenos de
difracción e interferencias fue debido a la pequeña longitud de onda de la luz y a la
ausencia de luces monocromáticas en épocas anteriores.
Unos años más tarde Fresnel explica la polarización usando la descripción ondulatoria
transversal, el fenómeno de la polarización se conocía desde hacía unos 150 años, pero
ninguna teoría lo había explicado satisfactoriamente hasta ese momento.
Faraday observó, unos años después, la interacción luz-imanes (imanes potentes rotaban
el plano de polarización de la luz polarizada) se ponía de manifiesto un comportamiento
magnético de la luz. En el tercer cuarto del siglo XIX, Maxwell unifico mediante cuatro
ecuaciones matemáticas todas los conocimientos (ecuaciones) del electromagnetismo y
concluyó que la luz era una radiación electromagnética:
“la luz son unos campos magnéticos y eléctricos oscilando y propagándose, que tenían
una frecuencia de oscilación característica y que al propagarse lo hacían con
determinada longitud de onda (la frecuencia depende del oscilador que la produce -la
fuente-, y la longitud de onda del medio por donde se transmite- el medio-; un rayo que
varia su velocidad no varia su frecuencia varia su longitud de onda)”.
Maxwell dedujo esto basándose en el experimento de Faraday y en la coincidencia
velocidad de la luz-velocidad de propagación de los campos eléctricos y magnéticos
(deducida de sus cuatro ecuaciones). Unos años más tarde Hertz corroboró esta visión
de la naturaleza de la luz, produjo radiación electromagnética y al estudiarla se dio
cuenta que tenia características similares a la luz.
A finales del siglo XIX los científicos creían que toda la ciencia estaba establecida,
pensaban que solo les quedaban unos flecos por desarrollar, “cuanto se equivocaron”.
Muchas teorías fueron desechadas o reformuladas a comienzos de siglo XX y esto
también ocurrió con la teoría de la luz.
También se cambio la naturaleza misma del concepto “teoría”, ahora ya no se cree que
una teoría pueda definir el universo, lo que hace es explicar los fenómenos que se
conocen hasta el momento de ser formulada. Mientras que sirve una teoría se utiliza,
cuando aparecen nuevos fenómenos que no es capaz de explicar o se adapta la teoría o
se crea una nueva basada en postulados totalmente distintos. Además, no tiene porque
dejarse de utilizar la teoría antigua para los fenómenos que servía, si es más simple la
antigua que la nueva, sigue usándose.
A principios del siglo XX, la teoría electromagnética de la luz sufrió este cataclismo:
- Las ondas electromagnéticas fueron “cuantizadas” por Planck (lo hizo para poder
explicar la radiación del cuerpo negro), la energía electromagnética solo podía ser
múltiplo de h·f (siendo h una constante y f la frecuencia de la radiación).
- Fueron dotadas de una nueva naturaleza (la explicación del efecto fotoeléctrico de
Einstein recuperó la idea de los corpúsculos) la dualidad corpúsculo-onda, la misma a la
que Broglie dotó mas tarde a toda la materia (las ondas electromagnéticas y la materia,
no son ni partículas ni ondas, sino otra entidad, cuyas magnitudes definitorias son el
momento lineal y la energía, en vez de la masa y la velocidad).
- Por último, para manejar estos nuevos postulados, nace una nueva rama de la física, la
mecánica cuántica, donde encontramos ideas como la incertidumbre en la medida (por
la misma naturaleza de estas nuevas entidades) y la probabilidad en los cálculos (sus
ecuaciones no son deterministas).
Test de conocimientos: Teorías sobre la naturaleza de la luz.