La luz ha sido motivo de las más bellas y variadas expresiones. Desde siempre la humanidad ha vivido atraída por los fenómenos luminosos, ha jugado y experimentado con ellos, ha buscado entenderlos y ha hecho uso de ellos. A través de esa singular ventana que son nuestros ojos la luz nos ha permitido conocer y entender mejor el mundo y apreciar su belleza.
La primera intención de este texto es ayudar al lector a conocer mejor aquello que ya sabe acerca de la luz, al revivir y profundizar los conocimientos que ya posee.
Al desarrollo de las teorías sobre la luz y de los instrumentos ópticos han contribuido no solamente los físicos: ha habido aportaciones notables de ingenieros, matemáticos, astrónomos, biólogos, filósofos… y muy especialmente médicos, preocupados por entender el fenómeno de la visión y curar los defectos de la vista.
Un sistema especialmente fino y delicado es el ojo humano. En este caso la combinación de lentes se constituye de la córnea, el cristalino (lente formada por unas 20 mil capas, como una cebolla) cuya función es enfocar las pequeñas imágenes sobre la retina. El ojo ajusta automáticamente el enfoque y la cantidad de luz, para una visión óptima.
Afortunadamente mediante el uso de lentes apropiadas se pueden contrarrestar —hasta cierto grado— algunos defectos de la vista (como la miopía, hipermetropía y astigmatismo). Curiosamente, la corrección se efectúa antes de producirse la imagen defectuosa, porque la luz pasa primero por los anteojos y después por los ojos.
II De los colores y otras cosas…
II.1 Los colores. Dos factores contribuyen al color de los objetos: éstos mismos y la luz que los ilumina. Seguramente le ha sucedido que compra usted un objeto de determinado color, escogido bajo la iluminación artificial de la tienda, y al salir de ella descubre bajo la luz del sol que ése no era el color que usted buscaba. ¿Cuál es entonces el origen del color, y cuál es el color de las cosas?
II.2 El arcoíris. Todos hemos visto los colores puros del espectro en los bordes biselados de un espejo de vidrio o en el arcoíris que se forma en el cielo cuando el sol ilumina las gotas de agua de la lluvia. Lo que poca gente sabe es que la causa de la dispersión de la luz por un prisma se debe a que la luz azul en el vidrio viaja más rápidamente que la luz roja. Lo mismo sucede con la luz viajando en el agua de las gotas de lluvia.
La mayoría de las personas perciben sin dificultad las diferencias de colores. Sin embargo, aproximadamente 8 por ciento de los hombres y 0.4 por ciento de las mujeres no logran distinguir todos los colores. A esta deficiencia se le llama daltonismo, en memoria de John Dalton, famoso químico (S. XVIII) que hizo la primera descripción de esta deficiencia. Dalton mismo era daltónico, lo cual era una desventaja para él porque no podía percibir los cambios en los colores producidos por las reacciones químicas.
III Historia de la óptica…
III.2 La óptica durante la Edad Media. Los adelantos más importante en la ciencia medieval se dieron en el mundo árabe, cuya cultura floreció entre los siglos VIII y X desde Persia hasta la península Ibérica, pasando por el norte de África. Al-Hazen se dedicó con éxito a examinar las obras de los griegos y fue el primero en analizar correctamente los principios de la Cámara Obscura. Hizo un cálculo muy certero de la altura de la atmósfera e intuyó que la luz viaja una velocidad muy grande pero finita. De la obra de Al-Hazen, y del árabe, hemos heredado palabras como: retina, córnea, humor acuoso, humor vítreo… etcétera.
III.3 El desarrollo de la óptica durante el Renacimiento. Leonardo da Vinci formuló la teoría de la visión del ojo comparándolo con una cámara obscura y es muy probable que la haya usado para hacer croquis de sus pinturas. Dice en uno de sus manuscritos: “Una pequeña apertura en el postillo de la ventana proyecta sobre la pared interior del cuarto una imagen de los cuerpos que están más allá de la apertura”
Galileo Galilei construyó varios de los primeros telescopios, con los cuales, además de descubrir las lunas de Júpiter, las manchas solares y los cráteres de la Luna, vendió uno a la alcaldía de Venecia para uso militar.
Es muy interesante que los escolásticos de la época atacaron al nuevo invento aduciendo que lo observado a través del telescopio no eran más que “ilusiones ópticas” (creadas por el mismo telescopio) y no imágenes de la realidad.
Cabe recordar, por cierto, las valiosas observaciones de pequeños animales y de cortes vegetales que hizo Robert Hooke con un microscopio compuesto (construido por él mismo), que marcaron, junto con el holandés Leeuwenhoek inició una nueva etapa para la biología perfeccionando el microscopio simple al elaborar lentecillas de gran poder de aumento. De los 419 microscopios fabricados por Leeuwenhoek que se conocen algunos tienen una amplificación mayor de 250X. A estos instrumentos se deben las primeras observaciones de bacterias, glóbulos rojos, huevecillos de insectos… que contribuyeron a cambiar radicalmente las ideas de los seres vivos a nivel microscópico.
Newton hizo una serie de estudios importantes en óptica. En 1660, a los 18 años, ya había fabricado un telescopio pequeño y poco potente, pero con una innovación usó espejos en vez de lentes, para evitar la aberración cromática que da lugar a imágenes con franjas de colores alrededor de los objetos. Pero Newton, más que usar el instrumento, lo que le interesaba era estudiar esas franjas de colores, entender su origen y, de ser posible aprender a eliminarlas para mejorar la calidad de las imágenes. Esto lo motivó a emprender una serie de estudios con prismas y luz blanca. Así obtuvo el espectro de los colores. Observó que el prisma no modifica la luz, sino que sólo la separa físicamente, y concluyó que cada uno de los colores se distingue por su “refractibilidad”. Algunos de sus contemporáneos se decepcionaron con este descubrimiento, porque se había pensado que el blanco representaba la pureza, ¡no una mezcla de colores!
III.4 El siglo de las ondas. Para inicios del siglo XIX se aceptaba que la luz era una onda sin embargo no se sabía el valor de su longitud de onda. Thomas Young calculó que en una pulgada caben 37 mil 640 ondas rojas y 59 mil 750 ondas violetas. Este descubrimiento fue sumamente importante porque puso de manifiesto una relación directa entre el color —que representa una sensación visual— y un parámetro físico, como lo es la longitud de onda. Resulta de acuerdo con lo establecido por Young, que la longitud de onda de la luz es muy pequeña, del orden de 0.00005 cm, o sea, la mitad de una micra, correspondiendo al violeta una longitud menor que al rojo. A los colores intermedios del arco iris les corresponden valores intermedios de longitud de onda.
La publicación de Young es considerada una obra trascendental. Pero en su época no fue bien vista. Por ejemplo, escribía uno de sus críticos que los artículos de Young “no contienen nada que merezca el nombre de experimento o descubrimiento… su único efecto puede ser el de detener el progreso de la ciencia”. Young publicó un folleto en el que respondía a estas críticas con serios argumentos, pero de esta publicación se vendió un solo ejemplar.
La doctora Ana María Cetto estudió la licenciatura en física en la Facultad de Ciencias de la UNAM; obtuvo la maestría en biofísica en la Universidad de Harvard y el doctorado en física en UNAM. Es miembro del Sistema Nacional de Investigadores, y sus áreas de estudio abarcan los fundamentos de la mecánica cuántica, los procesos estocásticos y la interacción dela luz y la materia.
