Todos resplandecemos

Well, we all shine on
Like the moon and the stars and the sun
Yeah, we all shine on
C’mon and on and on, on, on

Pues, todos resplandecemos
Como la luna, las estrellas y el sol.
Sí, todos brillamos intensamente
Una y otra vez…

Instant Karma (Karma Instantáneo)
John Lennon (1940-1980)

 

En repetidas ocasiones los poetas han estado en lo cierto con respecto a la naturaleza del universo. El ex miembro de los Beatles John Lennon escribió la canción Karma Instantáneo en 1970; en el estribillo declara que todos resplandecemos, es decir emitimos rayos de luz. Lennon lanzaba un llamado a la humanidad a sacar lo mejor y a unirse a los movimientos pacifistas de esa época. Esta misma canción inspiró a Stephen King a escribir la novela The Shining (El Resplandor) que luego, filmada por Stanley Kubrick, y con el mismo título, se convertiría en un clásico del cine. Pero, ¿en realidad emitimos luz? ¿Y qué sabemos de la Luna y la Tierra? La respuesta breve la damos a continuación:

En el infrarrojo, tanto la Luna como la Tierra, junto con todos los animales, resplandecemos.

Bosquejo hecho por Newton alrededor de 1666 de su experimento con los dos prismas, donde demuestra que puede reconstruir la luz natural después de ser dispersada en sus colores componentes.

Bosquejo hecho por Newton alrededor de 1666 de su experimento con los dos prismas, donde demuestra que puede reconstruir la luz natural después de ser dispersada en sus colores componentes.

¿Y entonces, cuando en la primaria nos dicen que el Sol y las estrellas emiten luz propia, y que los planetas y los satélites “no tienen luz propia”, que solo reflejan la luz que reciben, de qué están hablando? Si nos restringimos a la luz que pueden detectar nuestro ojos, es cierto que solo las estrellas emiten luz propia. Pero nos estamos forzando a ignorar que la luz, entendida como radiación electromagnética, como declaró James Clerk Maxwell en el siglo XIX, cubre un rango de colores que va mucho más allá de la percepción de nuestros ojos.

La luz es un fenómeno fundamental de la naturaleza. Durante el siglo pasado Albert Einstein declaró que su velocidad debía ser una constante fundamental. Anclar la velocidad de la luz da sentido a la forma de medir la velocidad entre los observadores en otros marcos de referencia. Es decir, considerando observadores en reposo y otros moviéndose en trenes, aviones o cohetes, independientemente de la velocidad, todos los observadores medirán la misma velocidad de luz, 300 mil kilómetros por segundo (300 000 km/s). De no cumplirse esto, entonces el mundo no tendría sentido, según Einstein. Nos encontramos con cosas raras, si imponemos que la velocidad de la luz debe ser constante para todos los observadores, entonces tenemos que comprometer a las distancias y a los tiempos medidos por los diferentes observadores.

Fue Einstein, con su relatividad especial, quien nos dijo cómo se debe tratar a los diferentes observadores. En el libro de George Gamow titulado Breviario del Sr. Tompkins, se explica con el ejemplo de un ciclista pasando frente a un observador en la calle. Para hacer los efectos apreciables, Gamow consideró en un mundo donde la velocidad de luz era de 32 kilómetros por hora (32 km/h). Para el observador en la calle el ciclista parecerá comprimido en la dirección de movimiento; sin embargo, el reloj del ciclista marcha más lento con respecto al reloj del observador parado en la banqueta.

La luz, entendida como onda, debe acarrear energía. A principios del siglo XX, Max Planck declaró que la luz porta energía en paquetes discretos, a los que llamaremos fotones, y cuya energía es proporcional a la longitud de onda. Si lanzamos una piedra en una charca, donde el agua se mostraba en reposo, al caer la piedra genera una onda que se propaga en todas las direcciones sobre la superficie, formando círculos concéntricos. A la separación entre dichos círculos le llamaríamos la longitud de la onda.

Arreglo experimental de Newton, simplificado.

Arreglo experimental de Newton, simplificado.

En el caso de la luz, cuando la longitud de onda es más corta, le corresponde mayor energía, mientras que las más largas llevan menor energía. ¿Cómo sabemos de la longitud de onda de la luz? —La longitud de onda de la luz corresponde al color—, los colores se ordenan de manera natural en la secuencia en la que se presentan en el arco iris, el violeta tiene una menor longitud de onda que el índigo, siguiendo el orden: azul, verde, amarillo, naranja y rojo. Si consideramos colores que no podemos ver, al tomar en cuenta longitudes de onda muy chicas, tan chicas como el tamaño de los átomos, entonces nos encontramos con los rayos X. En el otro extremo podemos considerar longitudes de onda del tamaño de las personas o más grandes, entonces nos encontramos con las ondas de radio. Llegar a esta conclusión no fue fácil; fue Heinrich Hertz quien, después de mucho esfuerzo, pudo diseñar un aparato que comprobó la predicción de Maxwell en 1887, demostrando que la luz es un fenómeno electromagnético y que se propaga en el vacío con la misma velocidad, independiente de la longitud de onda. La velocidad de luz  es, pues, una constante universal, c es la letra que se apartó para denotarla.

Anteriormente Isaac Newton, en el siglo XVII, ya había hecho importantes descubrimientos sobre la naturaleza de la luz. Al hacer pasar luz del Sol a través de un prisma encontró que reproducía los colores del arco iris. El prisma desdobla la luz natural, que contiene todos los colores, en un continuo de colores cuyo orden está definido por la longitud de onda. El prisma funciona tomando ventaja del fenómeno conocido como refracción. Al pasar del aire al vidrio, la luz se “quiebra”, es decir, cambia su dirección, el quiebre es proporcional a la longitud de onda, las longitudes de onda más largas muestran un “quiebre” más pequeño. Si ponemos agua en un vaso de vidrio transparente y metemos una cuchara, ésta parece quebrarse.

Por esa misma razón, y por la estructura de la atmósfera, la naturaleza nos regala bellos atardeceres de color rojo-naranja. Newton demostró que enfocando el espectro de colores producido por un prisma, colocando un segundo prisma enfrente, reconstruía la luz natural. Sin embargo, al seleccionar una sección del espectro, aproximadamente un solo color, y colocar otro prisma, ya no podía obtener otros colores. Concluimos, entonces, que una vez descompuesta la luz natural, los colores son puros, tienen aproximadamente una sola longitud de onda.

En la actualidad encontramos láseres por todos lados, su luz es monocromática, tiene un solo color, esto es una sola longitud de onda. Si se hace pasar la luz de un láser por un prisma, no vemos los colores del arco iris, tal como Newton demostró hace más de 300 años.

En 1880 Herschel hizó un hallazgo sorprendente. Usó el mismo aparato que Newton para analizar la luz del sol, pero quería saber la temperatura de los colores. Para tal fin, colocó un termómetro en cada color y se dio cuenta que los colores más “calientes” eran el naranja y el rojo. Pero se sorprendió al notar que el termómetro se calentaba mucho más en un zona más allá del rojo, donde no se veía color alguno: sir William Herschel había descubierto el infrarrojo.

Infrarrojo quiere decir que está más abajo que el rojo, es luz de baja energía y nuestros ojos, como demostró Herschel, no la ven. Sin embargo, armados con un detector infrarrojo, tanto la Tierra como la Luna tienen luz propia. Claro que esto es resultado del calentamiento por el Sol, pero no es una simple reflexión de luz. Los humanos emitimos copiosas cantidades de infrarrojo, es por eso que nos pueden ver con las cámaras infrarrojas. La imagen de más baja resolución en infrarrojo que nos ofrece la cultura pop, es la de Arnold Schwarzenegger en la película ochentera Depredador. Podemos decir ahora que para las longitudes de onda donde detectan nuestros ojos, somos opacos, pero en el infrarrojo somos luminosos.

Ahora reflexionemos un poco. Consideremos al  universo, el cielo es negro, ¿Significa que el universo no emite luz propia? Vamos por partes. La temperatura del universo es de aproximadamente -270 grados Celsius, aunque cercana, no es exactamente el cero absoluto (-273 Celsius); por lo que debería emitir luz propia, detectable en longitudes de onda más largas que el infrarrojo. En efecto, los satélites COBE y WMAP han detectado dicha luz. A primera vista parece aburrida y simple, buscando con más detalle, el universo se nos muestra en todo su esplendor y nos brinda información sobre su origen. John Lennon tenía razón: todos resplandecemos, like the moon and the stars and the sun.

omarlx@inaoep.mx