¿Qué es la luz, onda o partícula?

La luz es uno de los misterios que ha apasionado a las mentes más brillantes durante la historia de la humanidad. En la antigua civilización griega los pitagóricos discutían la hipótesis de los rayos visuales táctiles, la cual trataba de explicar que el ojo emite rayos rectos muy tenues, que al ser interrumpidos por objetos producía la sensación de ver. Esta hipótesis fue aceptada incluso por Euclides y perduro unos 1500 años. Fue hasta que el científico Árabe conocido como Alhazan demostrara en su obra traducida como Opticae Thesaurus con un simple experimento, que la visión no podía deberse a los rayos que partían del ojo al objeto, sino del objeto al ojo, de esta manera distinguía la luz del sentido de la vista. En 1627 Rene Descartes popularizo la ley de refracción y la idea de que la luz era compuesta por unos diminutos “corpúsculos” que eran lanzados por una “especie de presión” propagándose así en el medio, idea que alcanzaría mayor forma bajo el trabajo de Isaac Newton, que suponía los rayos luminosos están compuestos por partículas diminutas que los cuerpos luminosos arrojan a gran velocidad y que al penetrar al ojo estimulan la visión. Durante esta época, en Italia, el jesuita Francesco Grimaldi descubría el fenómeno de difracción de la luz. Este fenómeno sucede al interponer un cuerpo opaco separando una fracción de la luz emitida, dividiéndola en fracciones, siendo algo que no se esperaría de la óptica geométrica, pareciendo negar la propagación rectilínea de la luz propuesta por Descartes y Newton.

1006364_10152156975593496_508662071_nFue hasta en 1815 que el físico ingles Thomas Young observaría un patrón de interferencia atreves del experimento ranura doble. Los fenómenos de interferencia son típicos de un movimiento ondulatorio de un medio, como sería el aire o el agua. Un ejemplo del efecto ondulatorio podemos observarlo en el impacto que produce un objeto al caer al agua, este produce una depresión y elevación en la superficie que aumenta de diámetro conforme se propaga de forma circular en el agua. Las oscilaciones posteriores en el agua producen otras ondas en intervalos de distancia y tiempo. Si se producen ondas como estas en dos puntos cercanos, obtendríamos como resultado que en algunos puntos sumarian sus efectos produciendo deformaciones mayores, mientras que en otros sus efectos se cancelarían, dando como resultado regiones en donde las ondas interfieren constructivamente haciéndolas más grandes y en otras interfiriendo destructivamente, anulándose una a otra. Esto llevaría a pensar que la luz no se propagaba de forma recta, sino más bien como una onda.
La luz se entendía de forma análoga con el sonido que se propaga atreves del aire. El medio por el cual creían la luz se propagaba era llamado “éter”. El éter debía tener propiedades millones de veces superiores a las del aire. Teniendo conocimientos de frecuencia, amplitud y longitud de onda el “éter” debía ser un medio muy denso, con la densidad similar a la del acero, miles de veces más elástico que el aire para poder vibrar tan rápidamente, debía ser transparente e infinitamente tenue, sin embargo todos los esfuerzos por demostrar la existencia del éter fueron inútiles.
En 1839 Michael Faraday demostraría la relación entre la electricidad y el magnetismo. Mostrando que la fuerza magnética producida por el movimiento de cargas eléctricas se propaga alrededor de las cargas de forma análoga a como se propagan en el aire los cambios de presión que constituyen el sonido, así se conocerían las ondas electromagnéticas. En 1865 James Maxwell encontró la forma de calcular la velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas, obteniendo el resultado de 300,000km/s, siendo el mismo valor que el de la luz, esto llevo a Maxwell a la conclusión de que la luz es una forma de perturbación electromagnética en forma de ondas. Produciendo un resultado de gran importancia al explicar que la luz se produce por movimiento de cargas eléctricas. Los avances en el electromagnetismo marcaron el origen para la televisión, la radio y otras tecnologías.

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En 1900 el físico alemán Marx Planck trabajaba en la ecuación para la distribución de radiación emitida por un cuerpo negro (blackbody radiation). Todos los objetos, al calentarse lo suficiente, irradian una mezcla de calor y luz, con cambios de intensidad y color según el cambio de temperatura y el trabajo de Planck era encontrar la relación entre ellas.
En 1666 Isaac Newton habría demostrado como un rayo de luz al pasar por un prisma se descomponía en siete líneas separadas, desde rojo hasta violeta, representando los límites del espectro de luz visible al ojo humano.
Motivado por la competencia entre naciones, en 1887 el Gobierno alemán fundaría el instituto en física y tecnología, tratando de llevar a Alemania a la producción de las mejores tecnologías, entre ellas concebir una unidad de luminosidad internacionalmente reconocida, la cual llevaría al descubrimiento del quantum y Planck con su radiación de cuerpo negro estarían en el momento correcto.
En 1917 Albert Einstein demostró que no existen ondas luminosas esféricas (como las del agua), sino que la luz se emite en direcciones precisas como si estuviera constituida por “corpúsculos” a los que Einstein llamo quanta (fotón). Este trabajo confirmaría la hipótesis de la composición granular de la radiación electromagnética propuesta por Planck. La formulación de Planck proponía que la radiación electromagnética de cada frecuencia está compuesta por unidades indivisibles iguales, formulando con ella la ahora conocida como constante de Planck.

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La naturaleza “corpuscular” de la luz ha sido demostrada de múltiples formas, por lo cual no puede ponerse en duda, y que esta no es emitida por ondas esféricas. Sin embargo los fenómenos de difracción, refracción e interferencia no pueden ser negados así como la relación que establece la ecuación de Planck entre fotón y la onda con frecuencia f. E=hf (h= constante Planck; f=frecuencia).
La naturaleza dual onda-partícula de la luz, describe que no existen fotones sin ondas, siendo el fotón una partícula indivisible, que se mueve a la velocidad de la luz, la cual es la máxima velocidad de propagación posible, hasta donde llegan nuestros conocimientos.
Sin embargo esta dualidad onda-partícula no estaba destinada a ser una característica única del fotón, en 1924 Lois-Victor de Brogile formulo su hipótesis que mostraba que toda la materia y no solo la luz tienen una naturaleza de onda-partícula, esta fórmula seria confirmada tres años después, al observarse la difracción del electrón.
La dualidad onda-partícula es el concepto central de la mecánica cuántica y muestra la inhabilidad de los conceptos clásicos para poder explicar el comportamiento de objetos en la escala cuántica.

Nada está inmóvil; todo se mueve; todo vibra. –Hermes

Todos los fenómenos están vacíos. –Bodhidarma

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