NATURALEZA DE LA LUZ : OTRA LUZ AL FINAL DEL TÚNEL 

NATURALEZA DE LA LUZ : OTRA LUZ AL FINAL DEL TÚNEL 

HÉCTOR ESPARZA LEAL, M. EN C.
Departamento de Optometría
Universidad Autónoma de Aguascalientes, México

La naturaleza y propiedades de la luz son tema obligado en todas las escuelas de optometría. El enigma de la luz ha determinado la forma de ver la vida y el universo; el destino de astrónomos, físicos y pueblos enteros se ha definido por la búsqueda de la verdad acerca de la luz que aún escapa a la inteligencia humana.

La cosmogonía de las culturas antiguas se basó en la luz como signo de vida, muerte y esperanza. Los antiguos médicos chinos creían en la luz y oscuridad como origen del universo; el dios Ra iluminaba la mañana con la luz que salía de sus ojos.(1) El concepto de luz evolucionó a una nueva era con los filósofos griegos.(2) Su teoría de extromisión proponía que la luz salía de los ojos al iniciar el proceso de la visión.3 Así surge la primera teoría de la luz y las primeras críticas, pues no explicaba por qué no salía luz de los ojos por las noches.

La idea de ‘la luz saliendo de los ojos’(4) entra en decadencia un siglo después cuando Euclides introduce la ‘propagación rectilínea’ como base geométrica para su estudio.(5) Entre tanto, Aristóteles proponía que la luz en forma de partículas estimulaba los ojos generando una respuesta. Descartes describió la luz como una perturbación del espacio propagada a través de glóbulos suspendidos en el ambiente a los que llamó éter.(1) El terreno estaba listo para la llegada de las teorías clásicas de la luz: corpuscular y electromagnética.

Newton concluyó que la luz no era una ‘perturbación del espacio’ sino el movimiento de una sustancia -átomos o partículas- conformando rayos refrangibles. Por un tiempo ocultó sus resultados mientras observaba a Hooke y Boyle que desarrollaban la teoría de la luz como onda. Hooke fallece y Newton se siente libre para publicar su obra ‘Opticks Book’ y divulga su teoría en Cambridge University.(6)

Al mismo tiempo Huygens se inclina por la teoría de ondas que disminuían su velocidad al entrar en un medio ópticamente más denso y que continuaban su trayectoria libremente luego de cruzarse. Sus principios explicaban la propagación, reflexión, difracción, frentes de onda y refracción de la luz.(7) Aunque la teoría de Newton era más débil, se mantuvo vigente porque él era un ícono de la física aceptado en Cambridge; era muy arriesgado pensar diferente a él.

Young y Fresnel inclinan la balanza hacia la teoría de onda al describir el principio de interferencia. Fresnel dijo: “de conjugarse ambas teorías las propiedades de la luz serían elegantemente explicadas”. Entrado el siglo XIX, Maxwell y Faraday encuentran coincidencias entre electricidad, magnetismo y luz; claramente la luz era una onda electromagnética porque su velocidad, medida en los experimentos de Fizeau y Focault, era semejante a la de la electricidad.(5)

La teoría electromagnética inicia el siglo XX con el reto de explicar la emisión de ondas invisibles al ojo humano en cuerpos oscuros. Planck asumió que la materia posee osciladores electrónicos que absorben y emiten energía en forma de unidades llamadas ‘quantums’ y que todo salto cuántico tiene la misma relación frecuencia-energía. Logra la explicación relacionando la cantidad de energía con la velocidad de la luz, la frecuencia de un quantum y la temperatura absoluta.(8)

 

 

Como Fresnel, Einstein cree que ambas teorías se contradicen, que no explican la luz por completo y que si encontraba la forma de relacionarlas resolvería el acertijo. Interpretó la radiación como sistema termodinámico y lo aplicó al fenómeno fotoeléctrico descrito por Hertz, donde los ‘quantums’ golpean una superficie metálica transfiriendo energía a los electrones a razón de su frecuencia. Concluyó que la energía radiante es un conjunto de partículas cargadas, lo que le valió el premio nobel en 1922. Louis de Broglie complementa la idea desde la mecánica cuántica y la relatividad especial, declarando que la longitud de onda de los fotones se podía relacionar con el producto de su masa y velocidad.(8)

Así es, en la actualidad se han aceptado la más difundida teoría de la naturaleza de la luz: la dualidad onda-partícula y aplicamos una u otra según las circunstancias. La optometría contemporánea ha incorporado ‘religiosamente’ la dualidad en sus programas de estudio sin mayor cuestionamiento durante ya más de medio siglo.

Tal vez sea momento de análisis y reflexión. Einstein expandió las ideas de Newton, Planck, Maxwell y Hertz; pero no quedó del todo satisfecho. En 1951 escribe una carta donde expresa: “Tras 50 años de reflexión consciente, no estoy ni cerca de contestar la pregunta ¿qué es un quantum de luz? 

De hecho, ninguno de los involucrados llegó a estar plenamente convencido. ¿Y si Descartes y Fresnel no estuvieron tan lejos de la realidad? ¿Si las teorías clásicas, al ser mutuamente excluyentes como para apreciar simultáneamente la dualidad, señalan una ruta equivocada? ¿Si nunca hubo tal dualidad de la que hablaban?

En 2012, Rati R. Sharma,9 afirma: “La teoría dual surge por las limitaciones del lenguaje, no hemos podido inventar un nuevo lenguaje para describir objetivamente la realidad”. Varios físicos teóricos proponen una transición en el paradigma de la física que incluye las partículas, su medio de propagación, las fuerzas nucleares, gravitacional, electromagnética y otros conceptos del siglo XX. Sharma propone remplazar la teoría dual -de ondas y partículas por separado- por una teoría de campo unificado; el remplazo del fotón -que nunca existió- por una nueva partícula llamada “sharmon” con masa y carga eléctrica, constituida por fermiones indivisibles; y la existencia de un medio omnipresente e irremovible que compone todo tipo de energía y materia. Desde ese enfoque, la energía de las partículas -no la partícula en sí- se desplaza de una a otra por mecanismos contiguos en forma de pulsos electromagnéticos en una especie de ‘efecto dominó’ con cierta longitud de onda. Expresándose así la luz en un mismo momento como onda y partícula.

Esta teoría enfrenta fuertes críticas y retos. Según Roger Penrose la batalla será librada en el campo de la gravedad cuántica. En tanto, dada la estrecha relación entre optometría y luz, conviene atender todo lo relativo a ella y no sentar que todo ha sido dicho, basta una breve mirada al pasado y presente para darse cuenta de que realmente, ‘estamos como cuando empezamos’.

REFERENCIAS

1. ​Oon PT, Subramaniam R. The nature of light : I . A historical survey up to the pre-Planck era. Phys Educ. 1986;21.

2. ​Beginning THE, Bc B. A History of Light and Lighting Edition: 2.2 -(1999). 1999;1990–9.

3. ​Advertisement R, Advertisement R. Revival Of The Wave Theory Of Light In The Early Nineteenth Century. 2019;1–7.

4. ​Eastwood B. Al-Farabi; on Extramission, Intromission, and the Use of Platonic Visual Theory. Isis [Internet]. 1979;70(3):423–5. Available from: http://www.jstor.org/stable/231378

5. ​McKenzie. The second course of light [Internet]. Press CU, editor. England: CUP Archive; Available from: https://books.google.com.mx/books?id=nYc6AAAAIAAJ

6. ​Hall AR. Isaac Newton: Adventurer in Thought. 1st ed. Press CU, editor. England; 1996.

7. ​Sabra AI. Theories of Light: From Descartes to Newton [Internet]. 1st ed. Press CU, editor. New York: Cambridge University Press; 1981. Available from: https://books.google.com.mx/books?id=nB84AAAAIAAJ

8. ​Oon PT, Subramaniam R. The nature of light : II . A historical survey from the Planck era and implications. Phys Educ. 1986;21.

9. ​Sharma RR. A new light on the nature of light. Phys Essays. 2011;25(1):91–105.