Daniel Malacara Hernández | dmalacara@cio.mx

Centro de Investigaciones en Óptica, A.C. León, Guanajuato, México.
Sección: Artículos de divulgación, Explorando en la Óptica, Academia Mexicana de Óptica, A.C.
Edición especial celebrando el 2015 Año Internacional de la Luz.
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La luz es fundamental para el ser humano en muchos
aspectos, más que nada porque la luz reflejada o emitida por los objetos
y que llega a nuestro ojo nos proporciona imágenes de estos objetos a
través del sentido de la visión. De los cinco sentidos que tenemos, sin
duda el de la visión es el más importante y gracias a él mantenemos
contacto con el mundo que nos rodea. Por otro lado, la luz que viene de
los objetos no solamente forma imágenes directamente en nuestros ojos.
Si analizamos esta luz con instrumentos científicos, por ejemplo
telescopios, o espectrógrafos, podemos conocer mucho sobre la naturaleza
de estos objetos, no importa la distancia a la que estén, con tal que
recibamos su luz. Así, hemos llegado a conocer mucho sobre la estructura
del cosmos, su evolución, como se inició y hace cuánto de ello. De
igual manera, analizando la luz emitida por objetos luminosos hemos
podido saber mucho sobre su estructura atómica y molecular y hemos
medido y analizado sus propiedades físicas y químicas.

Figura 1. Telescopio espacial Hubble.

Figura 2. Galaxia M31 – Andrómeda.

Por esta importancia práctica y científica de la luz,
ha sido ella un tema de estudio y de investigación y desde luego de una
gran fascinación, probablemente durante toda la existencia del ser
humano. La luz ha sido por siempre motivo de admiración y fascinación
por parte de científicos y artistas. La ciencia llamada óptica es la
rama del conocimiento dedicada al estudio de la luz y de sus
aplicaciones. A manera de broma un famoso investigador dijo en un libro
de divulgación científica, que la óptica comenzó cuando Adán vio por
primera vez a Eva.

A lo largo de la historia de la humanidad se ha ido
modificando el concepto que tiene el hombre sobre la luz y al mismo
tiempo ha desarrollado números instrumentos que funcionan con ella. Por
ejemplo, en una época tan antigua como 2000 años antes de nuestra era,
las mujeres en Egipto usaban los espejos para verse, como se comprobó al
encontrar algunos en la pirámide de Sesostris II. Confucio, alrededor
del año 500 AC. ya menciona algo acerca de las lentes. Euclides, en su
libro Catóptrica habla de la reflexión y la refracción de la luz y de
los espejos esféricos, en el año 300 AC.

Una de las grandes invenciones de dispositivos
ópticos son las lentes para corregir defectos visuales. La primera
evidencia sólida de la invención de las lentes oftálmicas se tiene por
una pintura del Cardenal Nicholas de Rouen que se encuentra en la
Basílica de San Niccolo Treviso, en Italia, pintada en 1352 por Tommaso
da Modena.

El telescopio nos ha permitido conocer el Cosmos. En
1609 Galileo Galilei construye el primer telescopio con calidad
razonablemente buena, el cual tenía una amplificación aproximada de
treinta. Con este instrumento el mismo Galileo hizo muy importantes
descubrimientos astronómicos. El descubrimiento en 1807 por Joseph von
Fraunhofer de la espectroscopia astronómica, cuando observa las líneas
del espectro solar permitió al hombre analizar la composición química de
materiales tanto terrestres como en el cosmos.

Figura 3. Galileo.

Figura 4. Telescopio de Galileo.

La naturaleza misma de la luz ha sido un tema
sumamente importante y de constante preocupación por el ser humano, en
1672 Sir Isaac Newton suponía que la luz estaba formada por un flujo de
partículas de naturaleza desconocida. Sin embargo, muy pronto, en 1678
Christian Huygens en Holanda, debido al descubrimiento del fenómeno de
la difracción, tiene que suponer que la luz es de naturaleza
ondulatoria, es decir, como una onda o vibración, aunque no intentó
decir que es lo que oscilaba. En 1803 Thomas Young, médico de profesión y
arqueólogo de gran éxito, describe en 1801 en Inglaterra algunos
experimentos, entre los cuales el más importante es el de la doble
rendija, confirmando así la naturaleza ondulatoria de la luz.

El mundo microscópico tanto de pequeños detalles en
materiales muy pequeños, así como la existencia y comportamiento de los
seres microscópicos la hemos podido conocer por medio de la luz, usando
el microscopio. El primero de ellos fue construido en 1674 por Antony
van Leewenhook en Holanda.

La naturaleza ondulatoria de la luz postulada por
Huygens y muchos otros investigadores en el pasado y la electricidad y
el magnetismo desarrollados en la primera mitad del siglo diez y nueve,
permitió en 1865 a James Clerk Maxwell derivar su teoría
electromagnética de la luz con la que probó que la luz es una onda
electromagnética transversal de la misma naturaleza que las ondas de
radio, diferenciándose de éstas sólo en que su frecuencia es mucho
mayor. Así, se amplió el concepto de luz, para incluir las ondas
electromagnéticas a las cuales el ojo no es sensible, como lo son el
infrarrojo, con longitudes de onda mayores que la luz de color rojo, y
el ultravioleta, con longitudes de onda menores que la luz de color
violeta. Con estas ondas también podemos observar los objetos, pero ya
no con el ojo directamente, sino con instrumentos capaces de detectar
estas ondas. Por esta razón, el posible sucesor del telescopio Hubble,
será el telescopio “James Webb Space Telescope”, llamado así en honor de
James Edwin Webb, quien fue el segundo administrador de la NASA. Este
no formará imágenes en el visible sino en el infra-rojo lejano, a fin de
poder hacer algunos estudios que no se pueden hacer con la luz visible.

Pero el gusto de saber con un gran detalle, lo que
era la luz, gracias al formidable trabajo de Maxwell, duró muy poco,
porque comenzando el siglo veinte Planck, Einstein y muchos otros
científicos llegaron a la conclusión de que la luz en ciertos
experimentos y bajo algunas condiciones muy específicas se comportaba no
como una onda, sino como una partícula, de manera semejante a como lo
pensaba Newton siglos atrás. A esta partícula la bautizaron con el
nombre de fotón. Así apareció lo se acostumbró a llamar la dualidad
onda-partícula, así haciendo la naturaleza de la luz más confusa que
antes. Mucho se ha avanzado desde antes. Incluso, estos nuevos
conocimientos han permitido la invención y desarrollo de nuevos
dispositivos e instrumentos maravillosos como el láser y los modernos y
eficientes LEDs (Light Emiting Diodes) que sin duda reemplazarán muy
pronto a la lámpara incandescente común. Las bibliotecas de todo el
mundo están llenas de libros y revistas científicas sobre la luz. Sin
embargo, la luz sigue siendo un enigma y hasta la fecha siguen habiendo
muchas preguntas sin respuesta.

La luz ha sido tan importante para el desarrollo de
nuestra civilización y para llegar al estado actual del conocimiento
científico que la UNESCO ha decidido por ello que este año 2015 sea
considerado el año internacional de la luz.

Referencias:

• Dava Sobell, La Hija de Galileo, Debate Editorial, 1999.
• D. J. Lovell, Optical Anecdotes, SPIE Press Monograph, Vol. PM 141, 2004.
• Arthur Zajonc, The Entwined History of Light and Matter, Oxford University Press, 1995.
• Richard P. Feynman y A. Zee, QED. The Strange Theory of Light and Matter, Princeton Science Library, 2014.