ATRAPAR UN FOTÓN

ATRAPAR UN FOTÓNATRAPAR UN FOTÓN

Juan José Suárez MenéndezJuan José Suárez Menéndez

IES “Pando” de OviedoIES “Pando” de Oviedo


La naturaleza de la luz ha interesado siempre al hombre.

Responder, por ejemplo, que la luz está compuesta de fotones, no es responder; a menos que ya estuviéramos de acuerdo en el significado de la palabra fotón.


Un fotón no es un objeto que pertenezca a nuestra experiencia ordinaria, como una pelota, ni como ninguna otra cosa conocida por todos.


El concepto del fotón se desarrolló intentando explicar fenómenos luminosos muy diversos, algunos de ellos en aparente contradicción, a partir de hipótesis simples.

El concepto de fotón es el resultado de la evolución de nuestras ideas sobre la naturaleza de la luz, y con él podemos explicar, sin contradicciones, todos los fenómenos luminosos conocidos.


Un fotón no se parece a ningún objeto de Un fotón no se parece a ningún objeto de nuestra experiencia común. No es como nuestra experiencia común. No es como una pelota, ni como una canica, ni una pelota, ni como una canica, ni tampoco como las ondas sonoras; aunque tampoco como las ondas sonoras; aunque en algunos fenómenos ciertos aspectos en algunos fenómenos ciertos aspectos de su comportamiento son como los de de su comportamiento son como los de las partículas materiales y en otros como las partículas materiales y en otros como los de las ondas. los de las ondas.


La representación de una idea en forma de imágenes de objetos conocidos no es esencial para la ciencia, lo importante es que con esa idea podamos describir los fenómenos.

Las ideas sobre la luz han dependido de los fenómenos luminosos que se ha pretendido explicar con ellas.


Cuando se conocían sólo los fenómenos luminosos más comunes, las ideas sobre la naturaleza de la luz eran muy simples; pero a medida que se fueron conociendo fenómenos luminosos más complejos, esas ideas cambiaron para adaptarse a los fenómenos ya conocidos y a los nuevos dentro de una misma teoría.


No es posible comprender las ideas modernas sobre la luz sin conocer los fenómenos luminosos que les dieron origen.


En este tema se desarrollan las ideas En este tema se desarrollan las ideas sobre la luz a partir de la discusión de sobre la luz a partir de la discusión de algunos de los fenómenos y experimentos algunos de los fenómenos y experimentos más importantes sobre ella; desde las más importantes sobre ella; desde las primeras ideas griegas acerca de la luz primeras ideas griegas acerca de la luz hasta las contemporáneas, en las que hasta las contemporáneas, en las que intervienen fenómenos a escala atómica y intervienen fenómenos a escala atómica y el concepto del fotón. el concepto del fotón.

Los rayos táctilesLos rayos táctiles En tiempos anteriores a la antigua

civilización griega, las ideas sobre la naturaleza de la luz estaban llenas de misterio.

Además, no se mantenían por mucho tiempo: desaparecían y regresaban en forma apenas diferente.

Los rayos táctilesLos rayos táctiles De los antiguos griegos vienen las

primeras ideas útiles sobre la luz y, posiblemente por esto, se sostuvieron durante siglos.

Los griegos no distinguían claramente la luz de la vista y basaban sus ideas sobre ambas en la hipótesis de los rayos visuales táctiles atribuida a Pitágoras.

Los rayos táctilesLos rayos táctiles Según esta hipótesis, el ojo emite

rayos rectos infinitamente tenues que al ser interrumpidos por los objetos producen la sensación de ver.

Estos rayos táctiles deberían ser rectos para explicar la propagación rectilínea de la luz; o sea, para explicar el hecho de que podemos ver a través de un tubo sólo si éste es recto.

Los rayos táctilesLos rayos táctiles La propagación rectilínea de la luz se puede

demostrar con este sencillo experimento. La vela se ve por el tubo sólo si está derecho.

Los rayos táctilesLos rayos táctiles La percepción por medio de esos rayos

visuales sería, pues, análoga a la percepción táctil cuando utilizamos brazos y manos para discernir la forma y el tamaño de los objetos.

Un objeto grande separaría más los rayos

táctiles que un objeto pequeño y esta mayor separación angular de los rayos produciría en la mente la sensación de mayor tamaño del objeto más grande.

La hipótesis de los rayos visuales de Pitágoras suponía que éstos eran emitidos por los ojos y al ser interrumpidos por los objetos producían la sensación de ver. El tamaño de los objetos se percibía por la separación anular de los rayos interrumpidos

La hipótesis de los rayos La hipótesis de los rayos táctiles explicaba también la táctiles explicaba también la aparente disminución de aparente disminución de tamaño de un objeto al tamaño de un objeto al alejarse, ya que los rayos alejarse, ya que los rayos táctiles interrumpidos por el táctiles interrumpidos por el objeto formarían un ángulo objeto formarían un ángulo menor y menor, hasta menor y menor, hasta reducirse a cero, al alejarse el reducirse a cero, al alejarse el objeto del observador. objeto del observador.

Esto explicaría por qué las líneas paralelas que se alejan indefinidamente parecen converger en un punto; el que posteriormente se llamaría "punto de fuga" por los artistas del Renacimiento.

Las líneas paralelas que se alejan indefinidamente parecen converger hacia un punto del horizonte que posteriormente se llamó "punto de fuga".

Conforme a esta hipótesis la disminución del tamaño aparente estaría en la misma proporción que el aumento en la distancia; esto es, si la distancia aumentara dos veces, el tamaño aparente disminuiría también dos veces.

Como esto es precisamente lo que ocurre al tamaño aparente al aumentar la distancia, la hipótesis de los rayos táctiles se veía apoyada por la experiencia; al menos por esta experiencia.

La hipótesis de los rayos La hipótesis de los rayos táctiles era útil porque táctiles era útil porque relacionaba matemáticamente relacionaba matemáticamente el tamaño aparente y la el tamaño aparente y la distanciadistancia, y pudo emplearse , y pudo emplearse en muchas actividades en muchas actividades prácticas como el diseño y la prácticas como el diseño y la proyección de obras de proyección de obras de arquitectura o de ingeniería.arquitectura o de ingeniería.

Pero más importante Pero más importante para los griegos resultó para los griegos resultó su aplicación a la su aplicación a la astronomía para calcular astronomía para calcular distancias y tamaños de distancias y tamaños de cuerpos celestes; por cuerpos celestes; por ejemplo, para calcular el ejemplo, para calcular el diámetro del Soldiámetro del Sol. .

Estas aplicaciones a la Estas aplicaciones a la astronomía les permitieron astronomía les permitieron formarse una idea del tamaño formarse una idea del tamaño del Universo apoyada en del Universo apoyada en observaciones y —sobre todoobservaciones y —sobre todo— apoyada en la geometría, — apoyada en la geometría, que era la ciencia perfecta de que era la ciencia perfecta de la cultura griega. la cultura griega.

Todo esto debe haber Todo esto debe haber contribuido a que la hipótesis contribuido a que la hipótesis de los rayos visuales táctiles de los rayos visuales táctiles fuera aceptada hasta por el fuera aceptada hasta por el mismo mismo EuclidesEuclides, el creador de , el creador de la geometría, y que perdurara la geometría, y que perdurara unos 1.500 años sin ser unos 1.500 años sin ser seriamente cuestionada. seriamente cuestionada.

Los rayos luminosos

• LA TEORÍA pitagórica de los rayos táctiles prevaleció más de 1 500 años.

Los rayos luminosos

• Esta larga vida de una teoría tan ingenua se debió a la falta de una experimentación rigurosa que la pusiera a prueba, porque en realidad no resiste el menor contraste experimental.

Los rayos luminosos

• La hipótesis de los rayos táctiles que emanaban del ojo fue derrumbada de golpe por un extravagante científico árabe llamado Abu Ali ibn al-Hasan ibn al-Haitham, nacido en Basra, Irak, alrededor del año 965 d.C., fallecido en El Cairo, Egipto, el año 1039 y conocido después simplemente como Alhazán.

Los rayos luminosos

• Este singular personaje llegó a Egipto en 996 d.C., contratado por el califa Al-Hakim para controlar las inundaciones del río Nilo, cosa que Alhazán se jactaba públicamente de poder hacer sin gran dificultad.

• Incapaz, sin embargo, de cumplir su irreal promesa y justamente temeroso de la ira del califa, Alhazán fingió demencia, hasta el fallecimiento del califa el año de 1021, para evitar la pena de muerte por su fracaso.

Los rayos luminosos• A pesar de sus problemas con el río Nilo y con el

califa Al-Hakin, Alhazán pudo hacer un importante trabajo de investigación en la óptica, o ciencia de la luz.

• En su principal obra, titulada Kitab al-Manzir en árabe y traducida al latín como Opticae Thesaurus, Alhazán demuestra que la visión no puede deberse a rayos que partan del ojo al objeto, sino del objeto al ojo.

• De esta manera, distinguió claramente la luz del sentido de la vista.

Los rayos luminosos

• Un sencillo experimento que demuestra esto es el muy conocido de producir fuego enfocando por medio de una lupa la imagen del Sol sobre un papel.

Los fenómenos ópticos importantes en el silo XIII. La propagación rectilínea de la luz, la reflexión de imágenes en espejos, la refracción de la luz en agua, el poder calorífico de los rayos solares concentrados por una lente y la aparición del arco iris.

Los rayos luminosos

• Si los rayos táctiles existieran, la imagen del Sol sobre el papel resultaría de rayos visuales que de alguna manera se habrían reflejado en el papel, pasado por la lente y alcanzado el Sol.

Los rayos luminosos

• El papel, por lo tanto, no debería inflamarse si cerráramos los ojos o miráramos para otro lado mientras se mantiene la imagen enfocada.

Los rayos luminosos

• Pero el papel sí se inflama si la lupa se mantiene a la distancia adecuada del papel, hagamos lo que hagamos; de manera que la imagen se forma por algo que llega del Sol, y no de nuestros ojos, al papel.

Los rayos luminosos

• Otro experimento que también demuestra la existencia de la luz independientemente del sentido de la vista es la formación de imágenes en el sencillo instrumento llamado "cámara oscura".

La cámara oscura forma sobre una pantalla imágenes invertidas de los objetos situados frente a su pupila. Esto demuestra que la hipótesis de los rayos visuales es falsa.

Los rayos luminosos

• La cámara oscura emplea un pequeño orificio para producir una imagen de un objeto externo sobre una pantalla colocada en un cuarto oscuro o en una simple caja de cartón.

Los rayos luminosos

• La imagen que se observa es siempre invertida y esto no se puede explicar con los rayos táctiles, porque el objeto podría verse sobre la pantalla, desde el interior de la cámara sólo si estos rayos se reflejaran en la pantalla y salieran por el orificio.

Los rayos luminosos

• Según la teoría de los rayos tactiles percibiríamos el objeto igual que si lo viéramos directamente; esto es, lo veríamos derecho y no invertido.

Los rayos luminosos

• Sin embargo, si suponemos que cada punto del objeto externo emite rayos rectos en todas direcciones, aquellos que partiendo de un punto en la parte superior del objeto pasaran por el orificio producirían un pequeño punto luminoso de la imagen en la parte inferior de la pantalla.

Los rayos luminosos

• La imagen completa estaría invertida, y esto es precisamente lo que se observa.

• Sirviéndose de estos y de otros experimentos, Alhazán eliminó para siempre de la ciencia de la luz la hipótesis pitagórica de los rayos táctiles; aunque todavía usemos expresiones, como "echar una mirada", que nos la recuerdan.

LA ÓPTICA GEOMÉTRICA

La suposición de que cada punto de un objeto luminoso o iluminado emite rayos rectos de luz en todas direcciones es la hipótesis principal de una teoría de la luz extraordinariamente fructífera que, hasta la fecha, se llama óptica geométrica.

El nombre se debe a que en esta teoría la naturaleza de los rayos luminosos no se cuestiona; ni siquiera es importante.


La hipótesis básica de la óptica después de Alhazán: Cada punto de un objeto luminoso emite rayos rectos de luz en todas direcciones.


El propósito de la teoría es solamente entender, o predecir, lo que ocurre a los rayos emitidos por los objetos cuando son interceptados por diversos objetos opacos, como en la cámara oscura, o desviados de su camino recto de maneras que veremos enseguida.

Como para esto solamente es necesario aplicar conocimientos de geometría a cada problema, el nombre de la teoría es óptica geométrica.


Trazando sobre un esquema algunos sencillos rayos rectos se encuentran fácilmente las regiones de sombra producidas por un cuerpo opaco iluminado por cuerpos luminosos.

Estas regiones se llaman, en general, la "sombra geométrica" del cuerpo. Por ejemplo, una esfera iluminada por un solo punto luminoso produce un solo cono de oscuridad total, llamado umbra, a donde no llega ningún rayo emitido por el punto luminoso.


La óptica geométrica explica la forma de la sombra producida por un cuerpo opaco. Esta región se llama sombra geométrica. En la figura es el cono formado por las tangentes de la esfera. A esta zona no llega ningún rayo de luz; se llama "umbra".


Este cono lo forman las tangentes a la esfera desde el punto luminoso. Fuera de él la luz llega a todas partes.

Pero si la esfera opaca está iluminada por una esfera luminosa, además del cono de oscuridad total limitado ahora por las tangentes exteriores a las dos esferas, se produce una zona sólo parcialmente oscura a la que llega luz de algunas partes de la esfera luminosa.


Esta zona se llama penumbra (casi sombra) y está limitada por la umbra y por el cono formado por las tangentes interiores a las esferas.

Estas zonas se observan claramente durante los eclipses lunares.

La Luna adquiere un color rojo cobrizo cuando está en la región de penumbra y se oscurece casi completamente en la región de umbra.


En la figura, la umbra es el cono formado por las tangentes exteriores a las dos esferas; fuera de ésta hay una zona donde llega luz, pero sólo de algunas partes del objeto luminoso. Esta región, llamada prenumbra, está incluida entre la umbra y el cono de las tangentes interiores a las dos esferas.


La cámara oscura es un ejemplo interesante de aplicación de la óptica geométrica.

Si en un diagrama trazamos las imágenes de un mismo objeto colocado a distintas distancias de la cámara, encontramos fácilmente que el tamaño de la imagen disminuye en la misma proporción que aumenta la distancia.


Esto es, la relación del tamaño de la imagen con la distancia es la misma que en el caso del tamaño aparente en la teoría de los rayos táctiles.

Esto sugiere que el ojo funciona como una cámara oscura.


El ojo funciona como una cámara oscura. Los rayos luminosos que pasan por la pupila forman una imagen (invertida) del objeto sobre la retina.

Ésta, que se encuentra en el fondo del ojo, la trasmite al cerebro por el nervio óptico.


El orificio de la cámara es la pupila en el ojo; ese pequeño círculo negro colocado en el centro del iris. La cavidad formada por el globo del ojo no está vacía como en la cámara oscura, sino llena de un medio gelatinoso transparente llamado "humor vítreo" que deja pasar la luz sin dificultad.

La imagen de un objeto se forma en el fondo del ojo sobre un fino tejido nervioso, sensible a la luz, llamado retina, que la trasmite al cerebro por un gran número de fibras nerviosas que se juntan en un solo nervio llamado nervio óptico.


El tamaño aparente de un objeto depende del tamaño de la imagen que forma en la retina.

Si el objeto se aleja el tamaño de su imagen disminuye y se ve más chico.


Por esto las líneas paralelas que se alejan de nuestros ojos parecen converger en un punto lejano, en el horizonte, llamado por los artistas "punto de fuga“

La variación del tamaño aparente de los objetos con la distancia es la base del arte de representar los objetos en una superficie como aparecen a la vista; o sea, es la base de la perspectiva.


Hay un problema interesante con el modelo del ojo como una cámara oscura.

Aunque sobre la retina se forman imágenes invertidas, los objetos se perciben derechos; es decir, de pie. Este reacomodo lo hace el cerebro y se puede demostrar con el sencillo experimento mostrado en la figura.


Experimento para demostrar la reinversión de imágenes por el cerebro. La sombra del objeto proyectada al fondo del ojo se percibe como si apareciera por arriba, y no por abajo, del

orificio en la tarjeta.


El ojo es iluminado por la luz que pasa por un pequeño orificio perforado con un alfiler en una tarjeta de cartoncillo que se coloca frente a la pupila y a unos 10 ó 15 cm de ella.

Interponiendo un extremo de un palillo entre la parte inferior del orificio y la pupila, a unos 2 ó 3 centímetros de ésta, se proyecta su sombra hacia la parte inferior del ojo.


La sombra, sin embargo, se ve aparecer precisamente por la parte superior del ojo; como si el palillo se hubiera interpuesto por la parte superior y no por la inferior del orificio.

Esto demuestra que las impresiones ópticas hechas sobre la retina, imágenes o sombras, son reinvertidas por los nervios ópticos y el cerebro de manera que la parte inferior se percibe arriba, la izquierda a la derecha y viceversa.

Por lo demás, las imágenes que vemos son como las de una cámara fotográfica, aunque de mucha mejor calidad.

Reflexión y refracción de la luz

La hipótesis de los rayos rectos luminosos no es la única hipótesis de la óptica geométrica.

Para explicar el fenómeno de la reflexión de la luz es necesario suponer que la dirección de los rayos luminosos cambia en algunas circunstancias.



Una imagen en un espejo se ve como si el objeto estuviera atrás, y no frente a éste. La óptica geométrica explica este familiar fenómeno suponiendo que los rayos luminosos cambian de dirección al llegar al espejo.

La forma precisa en que ocurre este cambio se conoce como ley de la reflexión de la luz. Es una ley muy sencilla: los rayos incidente y reflejado hacen ángulos iguales con el espejo; o con la perpendicular al espejo, que es como suelen medirse estos ángulos.


La ley de la reflexión de la luz: el ángulo de incidencia, i, y el de reflexión, r, de un rayo luminoso sobre una superficie son iguales; esto es i = r.

La ley de la refracción de la luz: el seno del ángulo de incidencia, sen i, y el seno del ángulo de refracción, sen r', de un rayo luminoso que atraviesa la superficie de separación de dos medios transparentes están en las misma proporción para cualquier valor del ángulo i; esto es, sen i /sen r' = n. Si la luz pasa de aire al agua, sen i /sen r' = 4/3.


Un cuerpo parcialmente sumergido en agua se ve “chueco”; como si se doblara al entrar al agua.

Este fenómeno se llama refracción. Además del agua se observa en muchos

otros medios transparentes, como el vidrio, llamados refringentes.


Era uno de los problemas ópticos pendientes de solución todavía hacia el siglo XIII.

Los fenómenos de refracción se incorporan a la óptica geométrica simplemente suponiendo que los rayos luminosos cambian de dirección no sólo al reflejarse sino también al pasar de un medio refringente a otro; por ejemplo, del agua al aire, o del agua al vidrio, o del vidrio al aire.

Reflexión y refracción de la luz Un experimento sencillo que demuestra este

cambio de dirección se muestra en la figura.

Reflexión y refracción de la luz Una moneda pequeña en el fondo de una taza

vacía está apenas oculta por el filo de la taza en la figura (a).


Los rayos luminosos emitidos por la moneda que llegan al ojo debido a que son refractados en la superficie del agua se muestran en esa figura; la moneda se ve en la dirección de estos rayos.

Llenando lentamente la taza con agua la moneda aparece poco a poco, hasta observarse por completo, en la figura (b).


La forma precisa en que cambia la dirección de los rayos en la refracción, esto es, la ley de la refracción, no es tan simple como la ley de la reflexión.

Tal vez por esto, aunque el fenómeno de la refracción era conocido desde la antigüedad, la ley de la refracción no fue descubierta sino hasta el siglo XV por el astrónomo holandés Willebrord Snell, quien, inexplicablemente, no la dio a conocer, describiéndola solamente en sus notas personales de investigación.

La ley de la refracción fue divulgada por Descartes en 1627, pero se conoce universalmente como la ley de Snell.


No relaciona los ángulos de los rayos luminosos con la perpendicular a la superficie de refracción, sino los senos de esos ángulos.

En símbolos matemáticos se expresa así: sen (i) / sen (r') = constante = n; esto es, el cociente de los senos de los ángulos de incidencia i y de refracción r' toma el mismo valor para todos los valores posibles de estos ángulos.

Por ejemplo, si los rayos pasan del aire al agua la cantidad constante n, llamada índice de refracción, vale 4/ 3 y se tiene sen (i) / sen (r') = 4/ 3.


Un experimento para comprobar la ley de la refracción. La moneda sumergida en el agua se ve más grande porque los rayos que parten de ella se abren al salir aire y parecen llegar de una moneda más cercana. Relacionando los tamaños aparentes con los ángulos de los rayos se obtiene la ley de la refracción, o ley de Snell.


La ley de la refracción de la luz también puede ser deducida aplicando la ley de variación del tamaño aparente con la distancia. La figura anterior muestra un sencillo experimento para hacer esto.

Dos monedas pequeñas se ponen en dos tazas, una vacía y la otra parcialmente llena de agua.


Observándolas desde arriba y a la misma altura, la moneda sumergida en agua se ve más grande debido a que por la refracción de la luz los rayos que emite se abren más al pasar por la superficie del agua y llegan al ojo como si hubieran sido emitidos por una moneda más cercana.


De los tamaños aparentes de las dos monedas se deducen los ángulos que forman los rayos con la perpendicular a la superficie; el de los rayos refractados depende de la altura de llenado de la taza.

Los senos de estos ángulos se obtienen de una tabla de valores y dividiendo el mayor entre el menor se encuentra que su cociente siempre es 4/ 3, el índice de refracción del agua; independientemente de la altura de llenado de la taza.


La hipótesis de los rayos luminosos y las leyes de la reflexión y de la refracción de la luz son el fundamento de la óptica geométrica.

Con ellas es posible predecir el curso que tomarán los rayos luminosos que lleguen a lentes o a espejos.

Por ejemplo, en la figura 13, los rayos que llegan de un punto luminoso a la lente de una lupa común son divergentes, pero se hacen convergentes al atravesarla debido a las refracciones que ocurren en las dos superficies del vidrio.


Una lupa intercepta rayos divergentes emitidos por un punto luminoso y los reúne en otro punto. Los rayos reunidos parecen salir de este lugar. Se dice que aquí se forma una imagen real del punto luminoso .


Después de alcanzar el punto de convergencia los rayos vuelven a ser divergentes, de manera que si los vemos desde un lugar más lejano aún, los percibimos como si se originaran en el punto de convergencia; es decir, como si el objeto hubiera sido transportado a ese lugar.

Se dice que en este punto se forma una imagen real del objeto.

Las leyes de la refracción permiten calcular el lugar preciso donde se forma esa imagen. Mirando con otra lupa en ese lugar se observa la imagen amplificada del objeto. Así es, esencialmente, como funciona un telescopio (Figura 14).


Un telescopio sencillo se compone de una lente, llamada objetivo, que forma cerca de ella una imagen real de un objeto lejano, y de una lente de aumento, llamada ocular, con la que se examina esta imagen.


Este instrumento utiliza dos lentes del tipo llamado convergente, parecidas a la de una lupa en que son más gruesas en medio que en el borde.

La primera de ellas —llamada objetivo— produce una imagen real de un objeto lejano, como la Luna, en un punto atrás y cerca de la lente.

La segunda lente del telescopio, llamada ocular, se usa simplemente como una lente de aumento común para amplificar y observar esta imagen.


Resumiendo lo anterior, la óptica geométrica está compuesta por una hipótesis, la de los rayos rectos luminosos; por dos leyes derivadas de la experiencia, la de la reflexión y la de la refracción de la luz, y por una ciencia matemática, la geometría, con la que se puede aplicar metódicamente a los problemas ópticos.


La óptica geométrica ha sido extraordinariamente fructífera por estar basada en leyes que se cumplen con precisión y en una ciencia tan completa como la geometría, pero parte de su éxito es resultado de su hipótesis principal.

Es decir, aunque no se ha intentado siquiera aclarar de qué están hechos los rayos luminosos, deben estar hechos de algo que se propaga como esos rayos; de otra manera la teoría no habría tenido tanto éxito.


Isaac Newton suponía que los rayos luminosos están compuestos por partículas extraordinariamente diminutas que los cuerpos luminosos arrojan a gran velocidad y que al penetrar al ojo e incidir sobre la retina estimulan la visión.

Newton apoyaba estas ideas en el fenómeno de la propagación rectilínea de la luz, pues sólo suponiéndola compuesta por partículas independientes podía imaginar que los rayos de luz pudieran ser separados unos de otros por medio de un tubo como en la figura 1, o de una lente convergente como en la figura 13.


Otro importante argumento que Newton daba en apoyo a esta idea era que la luz no da la vuelta a cuerpos opacos; o bien, que la sombra geométrica de un cuerpo está limitada por líneas rectas.


Este argumento se esgrimía principalmente en contra de las ideas de Descartes, quien suponía que la luz era una "especie de presión" propagada alrededor de los cuerpos luminosos que al llegar al ojo estimulaba la visión.


Pero, argüía Newton, una zona de presión como ésta no tendría por qué no propagarse alrededor de los cuerpos y entrar en la sombra geométrica; esto es, si la luz fuera causada por esas "zonas de presión", también debería percibirse en la sombra geométrica de cuerpos opacos.


La velocidad de una pelota de tenis disminuye y la dirección de su movimiento se acerca a la superficie al entrar al agua. La luz, por el contrario, al entrar al agua se aleja de la superficie. De esto se deduce que, si la luz estuviera formada por partículas, éstas se moverían más rápidamente en agua que en aire


Las ideas de Newton desembocaban también en importantes conclusiones al aplicarlas a la refracción de la luz.

Reflexión y refracción de la luz La figura intenta explicar

la refracción estudiando el movimiento de una pelota de tenis.

Debido a que la velocidad de la pelota es diferente en el agua que en el aire, la dirección de su movimiento cambia al atravesar la superficie; esto es, se refracta.

Reflexión y refracción de la luz Y se puede demostrar

que si la velocidad en el agua es menor que en el aire el ángulo de refracción r' es mayor que el de incidencia i, como aparece en esa figura.

Reflexión y refracción de la luz Pero en la refracción de la

luz ocurre precisamente lo contrario, el ángulo de refracción es menor que el de incidencia al pasar del aire al agua, o al pasar a cualquier otro medio más denso como, por ejemplo, el vidrio.

Reflexión y refracción de la luz Es, entonces, inevitable

concluir que, si estuviera compuesta por partículas, la luz sería más rápida en los medios más densos.

En particular, debería ser más rápida en cualquier medio transparente que en el vacío.


En tiempos de Newton (1642-1727) sólo era posible medir la velocidad de la luz por medios astronómicos y de ninguna manera en un laboratorio, como hubiera sido necesario para medirla en agua, o en vidrio, y comparar este valor con el ya conocido para el vacío.

Por este camino, pues, no fue posible adentrarse en el conocimiento de la naturaleza de los rayos luminosos por muchos años.

Difracción de la luzDifracción de la luz EN ITALIA —posiblemente mientras Newton EN ITALIA —posiblemente mientras Newton

desarrollaba su famosa desarrollaba su famosa Óptica o Tratado de la Óptica o Tratado de la reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luzla luz— un jesuita italiano, — un jesuita italiano, Francesco GrimaldiFrancesco Grimaldi (1618-1663), físico y astrónomo, quien en 1651 (1618-1663), físico y astrónomo, quien en 1651 dio los nombres que hasta ahora conservan los dio los nombres que hasta ahora conservan los accidentes del lado visible de la Luna, descubría accidentes del lado visible de la Luna, descubría un importante fenómeno óptico llamado por él un importante fenómeno óptico llamado por él mismo mismo difracción de la luz.difracción de la luz.

Este fenómeno se presenta siempre que de la Este fenómeno se presenta siempre que de la luz emitida por una fuente se separa una luz emitida por una fuente se separa una fracción interponiendo un cuerpo opaco y esto fracción interponiendo un cuerpo opaco y esto es lo que da origen a su nombre: es lo que da origen a su nombre: división en división en fracciones. fracciones.

Difracción de la luzDifracción de la luz

La difracción se puede observar interponiendo, justo La difracción se puede observar interponiendo, justo frente a un ojo, una ranura muy estrecha recortada en frente a un ojo, una ranura muy estrecha recortada en una lámina opaca; o bien, una ranura formada por los una lámina opaca; o bien, una ranura formada por los filos de dos hojas de afeitar pegadas con cinta filos de dos hojas de afeitar pegadas con cinta adhesiva sobre una ranura más ancha recortada en adhesiva sobre una ranura más ancha recortada en una tira de cartoncillo. una tira de cartoncillo.


Mirando solamente Mirando solamente por este ojo una luz por este ojo una luz distante, por ejemplo distante, por ejemplo la llama de una vela la llama de una vela colocada a unos colocada a unos metros de distancia, metros de distancia, esperaríamos esperaríamos percibir la imagen de percibir la imagen de la llama como en la la llama como en la figura (a). figura (a).


Sin embargo, si la ranura es suficientemente estrecha, Sin embargo, si la ranura es suficientemente estrecha, se perciben varias imágenes como en la figura (b). se perciben varias imágenes como en la figura (b).

Esto tampoco es lo que esperaríamos de acuerdo con Esto tampoco es lo que esperaríamos de acuerdo con la óptica geométrica. la óptica geométrica.


La figura (a) muestra las regiones geométricas de La figura (a) muestra las regiones geométricas de iluminación y de sombra producidas por una ranura. iluminación y de sombra producidas por una ranura.


Si colocáramos el ojo Si colocáramos el ojo justo en el origen de justo en el origen de estas regiones los rayos estas regiones los rayos de la región de de la región de iluminación pasarían al iluminación pasarían al interior del ojo y interior del ojo y formarían una imagen, y formarían una imagen, y sólo una, de la llama de sólo una, de la llama de la vela; esto es lo que la vela; esto es lo que vemos por una ranura vemos por una ranura ancha.ancha.


Las imágenes múltiples que se observan Las imágenes múltiples que se observan con la ranura delgada indican que, al con la ranura delgada indican que, al pasar por la ranura, la luz forma varias pasar por la ranura, la luz forma varias regiones de iluminación a ambos lados de regiones de iluminación a ambos lados de una región central iluminada que una región central iluminada que corresponde, más o menos, a la región corresponde, más o menos, a la región geométrica de iluminación. geométrica de iluminación.


El ojo forma imágenes con los rayos que recibe de cada una de El ojo forma imágenes con los rayos que recibe de cada una de estas regiones y las percibe como en la figuraestas regiones y las percibe como en la figura


El fenómeno de la difracción de la El fenómeno de la difracción de la luz y otros análogos se observan luz y otros análogos se observan más nítidamente en un cuarto más nítidamente en un cuarto oscuro y si en vez de la llama de oscuro y si en vez de la llama de una vela empleamos como fuente una vela empleamos como fuente de luz un solo punto luminoso. de luz un solo punto luminoso.


Se consigue uno fácilmente pasando luz de la llama de una vela Se consigue uno fácilmente pasando luz de la llama de una vela por un orificio pequeño perforado en un cartoncillo grueso, negro por un orificio pequeño perforado en un cartoncillo grueso, negro de preferencia, en la forma que muestra la figura 19. de preferencia, en la forma que muestra la figura 19.


Mirando la luz de la vela que pasa por el orificio a través de la ranura Mirando la luz de la vela que pasa por el orificio a través de la ranura de difracción colocada justo frente al ojo se observa un conjunto de de difracción colocada justo frente al ojo se observa un conjunto de bandas luminosas, de intensidad decreciente respecto a la más intensa bandas luminosas, de intensidad decreciente respecto a la más intensa del centro, que se llama patrón de difracción de una ranura.del centro, que se llama patrón de difracción de una ranura.


El patrón de difracción El patrón de difracción de una ranura parece de una ranura parece negar la propagación negar la propagación rectilínea de la luz. rectilínea de la luz.

Difracción de la luzDifracción de la luz Si pensamos en la luz simplemente como si Si pensamos en la luz simplemente como si

fueran rayos, sin importar su naturaleza, las fueran rayos, sin importar su naturaleza, las imágenes laterales parecerían provenir de rayos imágenes laterales parecerían provenir de rayos desviados de la dirección de los rayos centrales; desviados de la dirección de los rayos centrales; es decir, de rayos que habrían torcido su rumbo es decir, de rayos que habrían torcido su rumbo al pasar los filos de las hojas y penetrado en la al pasar los filos de las hojas y penetrado en la sombra geométrica. sombra geométrica.

El fenómeno de la difracción de la luz, por lo El fenómeno de la difracción de la luz, por lo tanto, contradice la hipótesis de los rayos rectos; tanto, contradice la hipótesis de los rayos rectos; es decires decir, contradice la hipótesis de la , contradice la hipótesis de la propagación rectilínea de la luz. Parece que la propagación rectilínea de la luz. Parece que la luz, después de todo, sí puede dar la vuelta a los luz, después de todo, sí puede dar la vuelta a los objetos opacos. objetos opacos.


Si pensamos en la luz como rayos formados por Si pensamos en la luz como rayos formados por partículas, o corpúsculos, el fenómeno de la partículas, o corpúsculos, el fenómeno de la difracción de la luz nos lleva también a difracción de la luz nos lleva también a consecuencias muy interesantes. consecuencias muy interesantes.

Podríamos, por ejemplo, imaginar un sencillísimo Podríamos, por ejemplo, imaginar un sencillísimo experimento para medir el "tamaño" de tales experimento para medir el "tamaño" de tales partículas; simplemente pasaríamos luz, como la partículas; simplemente pasaríamos luz, como la proveniente de una vela, por ranuras más y más proveniente de una vela, por ranuras más y más estrechas hasta alcanzar una que apenas estrechas hasta alcanzar una que apenas permitiera su transmisión. permitiera su transmisión.

El diámetro de las "partículas de luz" sería El diámetro de las "partículas de luz" sería apenas superior a la anchura de esta ranura. apenas superior a la anchura de esta ranura.

Difracción de la luzDifracción de la luz Sin embargo, observando la Sin embargo, observando la

llama de una vela a través de llama de una vela a través de ranuras de difracción de ranuras de difracción de diferentes anchuras, o con una diferentes anchuras, o con una ranura estrecha de anchura ranura estrecha de anchura variable como la de la figura, se variable como la de la figura, se encuentra que todas producen encuentra que todas producen imágenes múltiples; esto es, se imágenes múltiples; esto es, se comprueba que no es posible comprueba que no es posible encontrar una ranura que encontrar una ranura que "apenas permita el paso de la "apenas permita el paso de la luz"; para conseguir esto es luz"; para conseguir esto es necesario cerrar la ranura necesario cerrar la ranura completamente. completamente.


Las "partículas" que según Newton Las "partículas" que según Newton compondrían los rayos luminosos compondrían los rayos luminosos parecerían, pues, carecer de dimensiones parecerían, pues, carecer de dimensiones definidas, ya que la luz pasa por las definidas, ya que la luz pasa por las ranuras más estrechas. ranuras más estrechas.

Este sorprendente resultado no Este sorprendente resultado no demuestra, sin embargo, que la luz no demuestra, sin embargo, que la luz no está compuesta por partículas; sólo está compuesta por partículas; sólo demuestra que, si lo estuviera, las demuestra que, si lo estuviera, las partículas no serían como pequeñísimas partículas no serían como pequeñísimas canicas ni pelotas rígidas con dimensiones canicas ni pelotas rígidas con dimensiones definidas. definidas.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA LA DIFRACCIÓN de la luz puso a pensar a muchos LA DIFRACCIÓN de la luz puso a pensar a muchos

científicos, incluyendo a científicos, incluyendo a GrimaldiGrimaldi, su propio , su propio descubridor. descubridor.

La hipótesis de los rayos rectos luminosos enfrenta, La hipótesis de los rayos rectos luminosos enfrenta, ciertamente, serios problemas lógicos para explicar ciertamente, serios problemas lógicos para explicar este fenómeno. este fenómeno.

¿Cómo le dan la vuelta los rayos a los cantos de la ¿Cómo le dan la vuelta los rayos a los cantos de la ranura e invaden la sombra geométrica? ranura e invaden la sombra geométrica?

Éste es sólo uno de los principales interrogantes que Éste es sólo uno de los principales interrogantes que se plantean. se plantean.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Otro problema que resulta del fenómeno de la Otro problema que resulta del fenómeno de la

difracción en la teoría de los rayos es la difracción en la teoría de los rayos es la multiplicidad de las imágenes. multiplicidad de las imágenes.

¿Por qué se forman varias imágenes ¿Por qué se forman varias imágenes luminosas?luminosas?

¿por qué los rayos trasmitidos por la ranura ¿por qué los rayos trasmitidos por la ranura habrían de preferir propagarse en unas habrían de preferir propagarse en unas direcciones y rehusar hacerlo en otras?. direcciones y rehusar hacerlo en otras?.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA

Estos problemas no pueden ser resueltos Estos problemas no pueden ser resueltos por medio de la teoría de los rayos. por medio de la teoría de los rayos.

Para resolverlos es necesario abandonar Para resolverlos es necesario abandonar por completo la hipótesis de que la luz por completo la hipótesis de que la luz está formada por rayos rectos.está formada por rayos rectos.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA La idea Cartesiana de la "especie de presión" La idea Cartesiana de la "especie de presión"

que se propaga en un medio que rodea a la que se propaga en un medio que rodea a la fuente luminosa explicaría que la luz dé la fuente luminosa explicaría que la luz dé la vuelta a obstáculos, ya que esa vuelta a obstáculos, ya que esa "especie de "especie de presión"presión" pasaría por la ranura y se propagaría pasaría por la ranura y se propagaría en el medio que la rodea, en particular en el en el medio que la rodea, en particular en el que está atrás de ella. que está atrás de ella.

Pero para explicar las imágenes múltiples es Pero para explicar las imágenes múltiples es necesario suponer algo más. necesario suponer algo más.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Este Este "algo más""algo más" se sugiere de otro fenómeno se sugiere de otro fenómeno

óptico que se observa haciendo pasar luz de óptico que se observa haciendo pasar luz de una fuente por dos ranuras estrechas contiguas. una fuente por dos ranuras estrechas contiguas.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Este experimento, llamado de la ranura doble, fue

ideado por el físico inglés Thomas Young en 1815 y se puede realizar fácilmente con los mismos elementos empleados para observar la difracción.

La ranura doble se construye dividiendo longitudinalmente, con un alambre fino de cobre o un hilo de seda, una de las ranuras sencillas que se construyen fijando con cinta adhesiva dos hojas de afeitar, filo a filo, sobre una ranura mucho más ancha recortada en una tira de cartoncillo duro.

LA ÓPTICA LA ÓPTICA ONDULATORIAONDULATORIA

Una ranura doble para Una ranura doble para observar el fenómeno de observar el fenómeno de interferencia en la luz interferencia en la luz construida dividiendo construida dividiendo longitudinalmente una longitudinalmente una ranura delgada por ranura delgada por medio de un alambre medio de un alambre fino de cobre o con un fino de cobre o con un hilo fino de seda.hilo fino de seda.


Mirando con un solo ojo a través de la ranura doble la llama de una vela distante unos 5 metros, con la ranura colocada justamente frente al ojo abierto, se observa un patrón de imágenes múltiples como el de la figura.


En este patrón, como era de En este patrón, como era de esperarse, aparecen las imágenes esperarse, aparecen las imágenes laterales de difracción de cada una de laterales de difracción de cada una de las dos ranuras; éstas son las más las dos ranuras; éstas son las más distantes del centro. distantes del centro.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Pero más cerca del centro, en donde se Pero más cerca del centro, en donde se

formaría la banda central del patrón de formaría la banda central del patrón de difracción de una ranura, aparecen ahora difracción de una ranura, aparecen ahora varias imágenes más brillantes y detalladas varias imágenes más brillantes y detalladas que las de difracción. que las de difracción.

Estas imágenes múltiples se llaman Estas imágenes múltiples se llaman "imágenes "imágenes de interferencia"de interferencia" porque se obtienen sólo si la porque se obtienen sólo si la luz proveniente de un sitio interfiere con luz luz proveniente de un sitio interfiere con luz similar que proviene de otro sitio; en este similar que proviene de otro sitio; en este experimento esos sitios diferentes son las dos experimento esos sitios diferentes son las dos ranuras. ranuras.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Si se hace el experimento empleando, en vez Si se hace el experimento empleando, en vez

de la vela, un punto luminoso como el de la de la vela, un punto luminoso como el de la figura 19, se observan con gran nitidez varias figura 19, se observan con gran nitidez varias brillantes imágenes de interferencia del punto brillantes imágenes de interferencia del punto luminoso. luminoso.

Si las dos ranuras y el alambre que las separa Si las dos ranuras y el alambre que las separa son de la misma anchura, se observan tres son de la misma anchura, se observan tres imágenes prácticamente de la misma imágenes prácticamente de la misma intensidad. intensidad.


Los fenómenos de interferencia son Los fenómenos de interferencia son típicos del llamado movimiento típicos del llamado movimiento ondulatorio de un medio, como el aire o ondulatorio de un medio, como el aire o el agua. el agua.

Un ejemplo común de movimiento Un ejemplo común de movimiento ondulatorio es el que ocurre en una ondulatorio es el que ocurre en una superficie de agua tranquila al arrojar un superficie de agua tranquila al arrojar un objeto pequeño en ella. objeto pequeño en ella.


Ondas circulares formadas al caer un Ondas circulares formadas al caer un objeto pequeño en agua tranquila.objeto pequeño en agua tranquila.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA El impacto del objeto produce una El impacto del objeto produce una

pequeña deformación, compuesta por pequeña deformación, compuesta por una depresión y una elevación de la una depresión y una elevación de la superficie, que aumenta de diámetro superficie, que aumenta de diámetro propagándose a su alrededor como una propagándose a su alrededor como una ondaonda de forma circular. de forma circular.

Las oscilaciones posteriores del agua Las oscilaciones posteriores del agua en el sitio del impacto producen otras en el sitio del impacto producen otras ondas similares que siguen a la primera ondas similares que siguen a la primera a intervalos iguales de distancia y de a intervalos iguales de distancia y de tiempo. tiempo.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Si se producen ondas circulares como Si se producen ondas circulares como

éstas en dos puntos cercanos del medio, éstas en dos puntos cercanos del medio, en ciertos lugares suman sus efectos y en ciertos lugares suman sus efectos y producen una deformación mayor de la producen una deformación mayor de la superficie porque las depresiones y las superficie porque las depresiones y las elevaciones de las dos ondas coinciden, elevaciones de las dos ondas coinciden, mientras que en otros sus efectos se mientras que en otros sus efectos se cancelan porque la depresión de una onda cancelan porque la depresión de una onda coincide con la elevación de la otra. coincide con la elevación de la otra.

En los primeros sitios se dice que las En los primeros sitios se dice que las ondas interfieren constructivamente y, en ondas interfieren constructivamente y, en los segundos, que interfieren los segundos, que interfieren destructivamente. destructivamente.


Estas zonas de Estas zonas de interferencia interferencia se pueden se pueden observar en observar en un diagrama un diagrama como el de la como el de la figura . figura .


Diagrama de Young Diagrama de Young para observar las zonas para observar las zonas de interferencia de interferencia constructiva de ondas constructiva de ondas circulares. Viendo el circulares. Viendo el diagrama en un ángulo diagrama en un ángulo oblicuo desde el extremo oblicuo desde el extremo opuesto a los centros opuesto a los centros estas zonas son las que estas zonas son las que aparecen más oscurasaparecen más oscuras..

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA En éste, las posiciones de las ondas en En éste, las posiciones de las ondas en

cierto instante están representadas por cierto instante están representadas por los círculos concéntricos centrados en los círculos concéntricos centrados en sus sitios de origen S1 y S2. sus sitios de origen S1 y S2.

Mirando el diagrama en un ángulo Mirando el diagrama en un ángulo oblicuo desde el extremo opuesto a S1 oblicuo desde el extremo opuesto a S1 y S2, se distinguen unas regiones más y S2, se distinguen unas regiones más oscuras que alternan con otras más oscuras que alternan con otras más claras; las primeras son las de claras; las primeras son las de interferencia destructiva, o negativa, de interferencia destructiva, o negativa, de las ondas circulares. las ondas circulares.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Este ejemplo sugiere que las imágenes de Este ejemplo sugiere que las imágenes de

interferencia observadas en el experimento de interferencia observadas en el experimento de la ranura doble resultan de la interferencia la ranura doble resultan de la interferencia constructiva de movimientos ondulatorios que constructiva de movimientos ondulatorios que se originan en las dos ranuras. se originan en las dos ranuras.

Qué es exactamente lo que se mueve y qué Qué es exactamente lo que se mueve y qué medio lo propaga no es importante por ahora; medio lo propaga no es importante por ahora; así como no era importante en la óptica así como no era importante en la óptica geométrica la naturaleza de los rayos para geométrica la naturaleza de los rayos para describir muchos fenómenos ópticos. describir muchos fenómenos ópticos.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Podemos pensar, si queremos, que lo que se mueve Podemos pensar, si queremos, que lo que se mueve

son zonas de esa "son zonas de esa "especie de presiónespecie de presión" cartesiana, que " cartesiana, que se propagan como ondas desde cada ranura sumando se propagan como ondas desde cada ranura sumando sus efectos en los lugares donde se observan las sus efectos en los lugares donde se observan las imágenes de interferencia. imágenes de interferencia.

Esto explicaría que la luz dé la vuelta a los filos de las Esto explicaría que la luz dé la vuelta a los filos de las ranuras, así como la aparición de imágenes múltiples ranuras, así como la aparición de imágenes múltiples de interferencia, sin que sea necesario aclarar todavía de interferencia, sin que sea necesario aclarar todavía lo que es esa "especie de presión". lo que es esa "especie de presión".

Podríamos, incluso, llamarlas “Podríamos, incluso, llamarlas “zonas de perturbación zonas de perturbación del mediodel medio", o simplemente zonas de "", o simplemente zonas de "perturbaciónperturbación". ".

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Las imágenes múltiples de difracción Las imágenes múltiples de difracción

por una sola ranura se explican muy por una sola ranura se explican muy bien también con estas ideas de la bien también con estas ideas de la luz como un fenómeno ondulatorio. luz como un fenómeno ondulatorio.

Imaginamos ahora que la ranura está Imaginamos ahora que la ranura está compuesta por un gran número de compuesta por un gran número de ranuras contiguas y mucho más ranuras contiguas y mucho más angostas, y que cada una de ellas angostas, y que cada una de ellas produce ondas de perturbación del produce ondas de perturbación del medio al mismo ritmo que las demás. medio al mismo ritmo que las demás.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Combinando los efectos de estas ondas en cada Combinando los efectos de estas ondas en cada

punto atrás de la ranura, sumándolos o punto atrás de la ranura, sumándolos o restándolos según tengan la misma dirección o restándolos según tengan la misma dirección o direcciones opuestas al llegar a ese punto, se direcciones opuestas al llegar a ese punto, se encuentran zonas de mayor o de menor encuentran zonas de mayor o de menor perturbación que corresponden exactamente con perturbación que corresponden exactamente con las de iluminación y de sombra observadas las de iluminación y de sombra observadas visualmente o con una fotografía. visualmente o con una fotografía.

Así pues, es también la interferencia de ondas, Así pues, es también la interferencia de ondas, aunque de muchas ondas, la causante del patrón aunque de muchas ondas, la causante del patrón de difracción, y el "algo más" que buscábamos de difracción, y el "algo más" que buscábamos para explicarlo es el movimiento ondulatorio de para explicarlo es el movimiento ondulatorio de las zonas de perturbación del medio. las zonas de perturbación del medio.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA La óptica ondulatoria, o teoría ondulatoria de la luz, La óptica ondulatoria, o teoría ondulatoria de la luz,

nació de analogías como éstas entre fenómenos nació de analogías como éstas entre fenómenos ópticos y fenómenos propios de movimientos ópticos y fenómenos propios de movimientos ondulatorios conocidos como el de las ondas en ondulatorios conocidos como el de las ondas en líquidos, o el aún más conocido de las ondas acústicas líquidos, o el aún más conocido de las ondas acústicas que producen el sonido. que producen el sonido.

Un movimiento ondulatorio muy simple se puede Un movimiento ondulatorio muy simple se puede observar en una manguera de jardín fija a la pared por observar en una manguera de jardín fija a la pared por un extremo y movida rítmicamente hacia arriba y un extremo y movida rítmicamente hacia arriba y hacia abajo por el extremo suelto al tiempo que se le hacia abajo por el extremo suelto al tiempo que se le mantiene tensa. mantiene tensa.


Ondas elásticas en una manguera de jardín.Ondas elásticas en una manguera de jardín.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Cada oscilación produce en la manguera una Cada oscilación produce en la manguera una

joroba que avanza hacia el extremo opuesto joroba que avanza hacia el extremo opuesto seguida por otras jorobas análogas a intervalos seguida por otras jorobas análogas a intervalos iguales de distancia y de tiempo, tal y como iguales de distancia y de tiempo, tal y como ocurre con las ondas circulares en la superficie ocurre con las ondas circulares en la superficie del agua. del agua.

Estas ondas se llaman ondas elásticas porque Estas ondas se llaman ondas elásticas porque se propagan en un medio elástico como es el se propagan en un medio elástico como es el hule de la manguera. hule de la manguera.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA El tiempo que toma generar una joroba completa se llama El tiempo que toma generar una joroba completa se llama

periodo y es igual al tiempo necesario para ejecutar la periodo y es igual al tiempo necesario para ejecutar la oscilación completa del extremo suelto por la manguera. oscilación completa del extremo suelto por la manguera.

La distancia horizontal que ocupa una joroba completa se La distancia horizontal que ocupa una joroba completa se llama longitud de onda. llama longitud de onda.

Como cada joroba avanza una longitud de onda en el Como cada joroba avanza una longitud de onda en el transcurso de un periodo, la velocidad de avance de la onda es transcurso de un periodo, la velocidad de avance de la onda es igual a la longitud de onda dividida entre el periodo; por igual a la longitud de onda dividida entre el periodo; por ejemplo, si cada joroba ocupa una longitud horizontal de 0.6 ejemplo, si cada joroba ocupa una longitud horizontal de 0.6 m, y el tiempo de cada oscilación del extremo suelto de la m, y el tiempo de cada oscilación del extremo suelto de la manguera es de 2 s, la longitud de onda es de 0.6 m, el periodo manguera es de 2 s, la longitud de onda es de 0.6 m, el periodo es de 2 s y la velocidad de avance de la onda es de (0,6m)/(2s) es de 2 s y la velocidad de avance de la onda es de (0,6m)/(2s) = 0,3 m/ s. = 0,3 m/ s.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA El número de jorobas que se producen cada segundo El número de jorobas que se producen cada segundo

es igual al número de oscilaciones que se den, cada es igual al número de oscilaciones que se den, cada segundo, al extremo suelto de la manguera. segundo, al extremo suelto de la manguera.

Esta cantidad se llama frecuencia de la onda y se Esta cantidad se llama frecuencia de la onda y se puede obtener dividiendo la unidad entre el periodo; puede obtener dividiendo la unidad entre el periodo; en el ejemplo anterior la frecuencia es igual a 1/(2s) = en el ejemplo anterior la frecuencia es igual a 1/(2s) = 0,5/s, o bien, 0,5 Hz (léase hertzios). 0,5/s, o bien, 0,5 Hz (léase hertzios).

Se comprueba fácilmente que la velocidad de avance Se comprueba fácilmente que la velocidad de avance de la onda se obtiene también multiplicando la de la onda se obtiene también multiplicando la longitud de onda y la frecuencia; en este ejemplo, se longitud de onda y la frecuencia; en este ejemplo, se tiene: velocidad = (0,6 m) x (0,5 Hz) = 0,3 m/s. tiene: velocidad = (0,6 m) x (0,5 Hz) = 0,3 m/s.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA El sonido es un movimiento ondulatorio El sonido es un movimiento ondulatorio

que se propaga en el aire y en otros que se propaga en el aire y en otros medios materiales. medios materiales.

Por ejemplo, al sonar una campana sus Por ejemplo, al sonar una campana sus vibraciones producen, alternadamente, vibraciones producen, alternadamente, zonas de compresión y de expansión del zonas de compresión y de expansión del aire que la rodea. aire que la rodea.

Estas zonas se propagan en forma Estas zonas se propagan en forma parecida a la de las ondas circulares del parecida a la de las ondas circulares del agua, pero como pueden hacerlo en todas agua, pero como pueden hacerlo en todas direcciones forman una onda esférica. direcciones forman una onda esférica.


Ondas esféricas de compresión y de expansión del aire Ondas esféricas de compresión y de expansión del aire producidas por las vibraciones de una campana. Se producidas por las vibraciones de una campana. Se propagan a la velocidad del sonido, 330 m/spropagan a la velocidad del sonido, 330 m/s . .

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA La distancia entre dos zonas consecutivas de La distancia entre dos zonas consecutivas de

compresión o de expansión del aire es la compresión o de expansión del aire es la longitud de onda y la frecuencia de vibración longitud de onda y la frecuencia de vibración de la fuente es también la frecuencia de la de la fuente es también la frecuencia de la onda. onda.

Estas ondas se llaman, en general, ondas Estas ondas se llaman, en general, ondas sonoras o acústicas. Su velocidad de sonoras o acústicas. Su velocidad de propagación en aire es de 330 m/s propagación en aire es de 330 m/s aproximadamente. aproximadamente.

Al llegar al oído hacen vibrar el tímpano y si Al llegar al oído hacen vibrar el tímpano y si la frecuencia de vibración está comprendida la frecuencia de vibración está comprendida entre unos 20 Hz y unos 16.000 Hz producen entre unos 20 Hz y unos 16.000 Hz producen la sensación de sonido. la sensación de sonido.

La longitud de onda está comprendida entre La longitud de onda está comprendida entre (330 m/s)/(20 Hz) = 16,5 m y (330 m (330 m/s)/(20 Hz) = 16,5 m y (330 m s)/(16.000 Hz) = 0,021 m = 22,1 cm. s)/(16.000 Hz) = 0,021 m = 22,1 cm.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Todos los movimientos ondulatorios producen Todos los movimientos ondulatorios producen

fenómenos análogos. fenómenos análogos. Por ejemplo, el sonido se refleja en paredes Por ejemplo, el sonido se refleja en paredes

sólidas en forma análoga a la reflexión de la luz sólidas en forma análoga a la reflexión de la luz en espejos; este fenómeno se llama eco. en espejos; este fenómeno se llama eco.

El sonido da la vuelta a obstáculos en forma El sonido da la vuelta a obstáculos en forma análoga a la difracción de la luz; por esto se análoga a la difracción de la luz; por esto se pueden oír conversaciones alrededor de una pueden oír conversaciones alrededor de una esquina, y de una habitación a otra si una puerta esquina, y de una habitación a otra si una puerta intermedia está abierta. intermedia está abierta.

El sonido también produce fenómenos de El sonido también produce fenómenos de interferencia. Cuando suenan dos notas interferencia. Cuando suenan dos notas musicales muy parecidas se escuchan fácilmente musicales muy parecidas se escuchan fácilmente modulaciones de su intensidad, llamadas modulaciones de su intensidad, llamadas batimientos, que resultan de la interferencia de batimientos, que resultan de la interferencia de las ondas que las notas producen. las ondas que las notas producen.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Estas analogías entre fenómenos ópticos y acústicos fueron Estas analogías entre fenómenos ópticos y acústicos fueron

demostradas por los experimentos con ranuras realizados por demostradas por los experimentos con ranuras realizados por Thomas YoungThomas Young hacia hacia 18151815 y dieron una gran fuerza a la y dieron una gran fuerza a la hipótesis de que la luz, como el sonido, es un fenómeno hipótesis de que la luz, como el sonido, es un fenómeno ondulatorio que resulta de ondas esféricas que se producen en ondulatorio que resulta de ondas esféricas que se producen en cada punto de los cuerpos luminosos y se propagan en los cada punto de los cuerpos luminosos y se propagan en los medios transparentes, como el aire, el agua, el vidrio o el medios transparentes, como el aire, el agua, el vidrio o el vacío. vacío.

Ésta es la hipótesis fundamental de la óptica ondulatoria y con Ésta es la hipótesis fundamental de la óptica ondulatoria y con ella es posible entender fenómenos ópticos inexplicables con ella es posible entender fenómenos ópticos inexplicables con la teoría de rayos, sin que sea siquiera necesario en muchos la teoría de rayos, sin que sea siquiera necesario en muchos casos precisar la naturaleza de las ondas luminosas; es decir, casos precisar la naturaleza de las ondas luminosas; es decir, sin que sea necesario precisar la propiedad del medio que es sin que sea necesario precisar la propiedad del medio que es perturbada y que se propaga en forma de ondas luminosas. perturbada y que se propaga en forma de ondas luminosas.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Por ejemplo, se pueden calcular los ángulos de Por ejemplo, se pueden calcular los ángulos de

desviación de la luz difractada por una ranura desviación de la luz difractada por una ranura conociendo solamente la anchura de la ranura y la conociendo solamente la anchura de la ranura y la longitud de onda de la luz, sin que sea necesario longitud de onda de la luz, sin que sea necesario precisar la propiedad del medio que constituye las precisar la propiedad del medio que constituye las ondas luminosas. ondas luminosas.

Así, el ángulo de desviación de la luz que forma la Así, el ángulo de desviación de la luz que forma la primera imagen lateral se calcula con la fórmula primera imagen lateral se calcula con la fórmula = = 38,2 (L/a); siendo "L" la longitud de onda de la luz y 38,2 (L/a); siendo "L" la longitud de onda de la luz y "a" la anchura de la ranura. "a" la anchura de la ranura.

Desde luego, también se puede calcular la longitud de Desde luego, también se puede calcular la longitud de onda de la luz difractada y de la anchura de la ranura onda de la luz difractada y de la anchura de la ranura utilizando la fórmula anterior en la forma L = utilizando la fórmula anterior en la forma L = ((/38,2)a. /38,2)a.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Por ejemplo, si la anchura de la ranura es de 0,001cm y el Por ejemplo, si la anchura de la ranura es de 0,001cm y el

ángulo de desviación de la luz que forma la primera imagen ángulo de desviación de la luz que forma la primera imagen lateral es de 1,9º, la longitud de onda de la luz es L = lateral es de 1,9º, la longitud de onda de la luz es L = (1,9º/38,2) x 0,001 = 0,0005 cm. (1,9º/38,2) x 0,001 = 0,0005 cm.

De manera similar De manera similar Thomas YoungThomas Young midió la longitud de onda midió la longitud de onda de la luz de cada color del arco iris encontrando que son de la luz de cada color del arco iris encontrando que son diferentes. diferentes.

La de la luz roja, por ejemplo, es de unos 0,000075 cm; la de La de la luz roja, por ejemplo, es de unos 0,000075 cm; la de la amarilla es de unos 0.00060 cm y la de la luz violeta de la amarilla es de unos 0.00060 cm y la de la luz violeta de 0.000040 cm.¡entre 100.000 y 1.000.000 de veces más 0.000040 cm.¡entre 100.000 y 1.000.000 de veces más pequeñas que las longitudes de onda de las ondas acústicas! pequeñas que las longitudes de onda de las ondas acústicas!

La frecuencia de las ondas luminosas se pudo calcular también La frecuencia de las ondas luminosas se pudo calcular también fácilmente porque la velocidad de la luz, 300.000 km/s = fácilmente porque la velocidad de la luz, 300.000 km/s = 3.000.000.000 cm/s, ya era conocida. 3.000.000.000 cm/s, ya era conocida.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Para la luz amarilla la frecuencia resulta ser de Para la luz amarilla la frecuencia resulta ser de

30.000.000.000 cm/s)/(0,000.060 cm) = 30.000.000.000 cm/s)/(0,000.060 cm) = 50.000.000.000.000 Hz. 50.000.000.000.000 Hz.

Esta frecuencia es miles de millones de veces Esta frecuencia es miles de millones de veces mayor que la de las ondas acústicas. mayor que la de las ondas acústicas.

Las cantidades muy, muy pequeñas y las muy, Las cantidades muy, muy pequeñas y las muy, muy grandes hacían su aparición en la física. muy grandes hacían su aparición en la física.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Los experimentos de Thomas Young dieron Los experimentos de Thomas Young dieron

una gran fuerza a la hipótesis ondulatoria de la una gran fuerza a la hipótesis ondulatoria de la luz pero no fueron su origen. luz pero no fueron su origen.

Las ideas ondulatorias de la luz surgieron Las ideas ondulatorias de la luz surgieron simultáneamente con las corpusculares de simultáneamente con las corpusculares de Newton, muy posiblemente inspiradas en las Newton, muy posiblemente inspiradas en las ideas cartesianas de la "ideas cartesianas de la "especie de presiónespecie de presión" " propagadas en un medio. propagadas en un medio.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Su principal proponente fue el físico holandés, Su principal proponente fue el físico holandés,

contemporáneo de Newton, contemporáneo de Newton, Hans Christian Hans Christian HuygensHuygens, alrededor de 1670. , alrededor de 1670.

Sin embargo, Sin embargo, Huygens Huygens dedicó su teoría ondulatoria dedicó su teoría ondulatoria de la luz principalmente a explicar problemas de de la luz principalmente a explicar problemas de reflexión y de refracción de la luz como los llamados reflexión y de refracción de la luz como los llamados fenómenos de refracción atmosférica; por ejemplo, la fenómenos de refracción atmosférica; por ejemplo, la aparición de espejismos, el parpadear de las estrellas aparición de espejismos, el parpadear de las estrellas o la aparente deformación del disco de la Luna o del o la aparente deformación del disco de la Luna o del Sol cuando están cerca del horizonteSol cuando están cerca del horizonte. .

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Huygens explicó estos fenómenos a partir de la Huygens explicó estos fenómenos a partir de la

hipótesis ondulatoria principal de que un punto hipótesis ondulatoria principal de que un punto luminoso produce ondas esféricas y de que éstas luminoso produce ondas esféricas y de que éstas estimulan la vista sólo si la mirada se dirige a lo estimulan la vista sólo si la mirada se dirige a lo largo del radio de las ondas esféricas que llegan al largo del radio de las ondas esféricas que llegan al ojo; o sea, sólo si se dirige la vista hacia el punto ojo; o sea, sólo si se dirige la vista hacia el punto luminoso. luminoso.

Esta segunda parte de la hipótesis es necesaria para Esta segunda parte de la hipótesis es necesaria para incluir la propagación rectilínea de la luz.incluir la propagación rectilínea de la luz.


La hipótesis principal de la óptica ondulatoria es La hipótesis principal de la óptica ondulatoria es que cada punto luminoso produce ondas esféricas.que cada punto luminoso produce ondas esféricas.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA En muchos fenómenos las ondas cambian de En muchos fenómenos las ondas cambian de

forma por distintas razones y dejan de ser forma por distintas razones y dejan de ser esféricas, por lo que no se puede hablar del esféricas, por lo que no se puede hablar del radio de la esfera. radio de la esfera.

Se supone entonces que la onda estimula la Se supone entonces que la onda estimula la vista si la mirada se dirige a lo largo de la vista si la mirada se dirige a lo largo de la perpendicular a la zona de perturbación que perpendicular a la zona de perturbación que está en contacto con el ojo. está en contacto con el ojo.

Esto no cambia la hipótesis principal porque si Esto no cambia la hipótesis principal porque si la onda es esférica, la perpendicular y el radio la onda es esférica, la perpendicular y el radio tienen la misma dirección. tienen la misma dirección.


Si la mirada se dirige en dirección perpendicular a Si la mirada se dirige en dirección perpendicular a las zonas de perturbación se estimula el sentido de las zonas de perturbación se estimula el sentido de la vista. En las ondas esféricas esta dirección la vista. En las ondas esféricas esta dirección coincide con un radio de la esferacoincide con un radio de la esfera

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Para explicar los fenómenos de refracción Para explicar los fenómenos de refracción

atmosférica se hacen diagramas en los que las atmosférica se hacen diagramas en los que las ondas esféricas se representan mediante ondas esféricas se representan mediante círculos concéntricos centrados en el punto círculos concéntricos centrados en el punto luminoso que las produce. luminoso que las produce.

La distancia entre círculos consecutivos La distancia entre círculos consecutivos representa la longitud de onda a una cierta representa la longitud de onda a una cierta escala de dibujo; por ejemplo, 1 cm podría escala de dibujo; por ejemplo, 1 cm podría representar una longitud de onda de representar una longitud de onda de 0,000050cm. 0,000050cm.


La separación entre las zonas esféricas y la longitud de La separación entre las zonas esféricas y la longitud de onda cambia de un lugar a otro si la velocidad de onda cambia de un lugar a otro si la velocidad de propagación cambia.propagación cambia.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Si la longitud de onda cambiara en algún Si la longitud de onda cambiara en algún

lugar representado en el diagrama, por lugar representado en el diagrama, por ejemplo, porque cambiara la velocidad de ejemplo, porque cambiara la velocidad de propagación de las ondas, la distancia entre propagación de las ondas, la distancia entre los círculos concéntricos también se los círculos concéntricos también se alteraría en los puntos del diagrama alteraría en los puntos del diagrama correspondientes a ese lugar. correspondientes a ese lugar.

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Un espejismo es la reflexión aparente Un espejismo es la reflexión aparente

de cuerpos en el suelo, como si de cuerpos en el suelo, como si existiera un espejo de agua.existiera un espejo de agua.

Se observa en días muy soleados, Se observa en días muy soleados, cuando el aire que está en contacto con cuando el aire que está en contacto con la superficie terrestre se calienta la superficie terrestre se calienta mucho más que el que está en capas mucho más que el que está en capas superiores. superiores.

El aire caliente de abajo se dilata y se El aire caliente de abajo se dilata y se hace menos denso que el aire más frío hace menos denso que el aire más frío de arriba. de arriba.


LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Esto, a su vez, disminuye continuamente el Esto, a su vez, disminuye continuamente el

índice de refracción del aire desde las capas índice de refracción del aire desde las capas superiores hasta la que está en contacto con el superiores hasta la que está en contacto con el suelo. suelo.

La luz emitida desde un objeto hacia el suelo La luz emitida desde un objeto hacia el suelo cambia su dirección de propagación también cambia su dirección de propagación también continuamente y termina recorriendo un continuamente y termina recorriendo un camino curvo que la dirige finalmente hacia camino curvo que la dirige finalmente hacia arriba, como se muestra en la figura. arriba, como se muestra en la figura.

Un observador ve el objeto en la dirección que Un observador ve el objeto en la dirección que tiene la luz cuando llega a su ojo; o sea, la ve en tiene la luz cuando llega a su ojo; o sea, la ve en la dirección general del suelo, como si ahí se la dirección general del suelo, como si ahí se hubiera reflejado la luz del objeto. hubiera reflejado la luz del objeto.


Un espejismo es la reflexión aparente de cuerpos, como si Un espejismo es la reflexión aparente de cuerpos, como si existiera un espejo de agua en el suelo. Se observan en días existiera un espejo de agua en el suelo. Se observan en días muy asoleados y se deben al calentamiento de la capa de aire muy asoleados y se deben al calentamiento de la capa de aire en contacto con el sueloen contacto con el suelo

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Si representamos las ondas Si representamos las ondas

luminosas emitidas por un punto luminosas emitidas por un punto del objeto por medio de círculos del objeto por medio de círculos concéntricos, la distancia entre concéntricos, la distancia entre círculos consecutivos debe círculos consecutivos debe cambiar de uno a otro porque la cambiar de uno a otro porque la velocidad de propagación de la velocidad de propagación de la luz también cambia de una capa luz también cambia de una capa de aire a otra. de aire a otra.

Si la distancia entre círculos Si la distancia entre círculos aumenta de los superiores a los aumenta de los superiores a los inferiores, la dirección de la inferiores, la dirección de la perpendicular a los círculos, que perpendicular a los círculos, que es la dirección de propagación de es la dirección de propagación de la luz, se curva hacia arriba como la luz, se curva hacia arriba como se muestra en la figura (a). se muestra en la figura (a).


Pero si la distancia Pero si la distancia entre círculos entre círculos disminuye, la disminuye, la dirección de dirección de propagación se propagación se curva hacia abajo curva hacia abajo como se muestra como se muestra en la figura (b). en la figura (b).

LA ÓPTICA ONDULATORIALA ÓPTICA ONDULATORIA Los espejismos se forman porque la dirección Los espejismos se forman porque la dirección

de propagación se curva hacia arriba cuando el de propagación se curva hacia arriba cuando el aire se hace menos denso. aire se hace menos denso.

Esto demuestra, entonces, que si la luz es un Esto demuestra, entonces, que si la luz es un fenómeno ondulatorio su velocidad de fenómeno ondulatorio su velocidad de propagación debe ser mayor en los medios propagación debe ser mayor en los medios menos densos y alcanzaría su valor máximo menos densos y alcanzaría su valor máximo cuando la densidad fuera nula; o sea, en el cuando la densidad fuera nula; o sea, en el vacío. vacío.


(a) La dirección de (a) La dirección de propagación de la luz se propagación de la luz se curva hacia arriba si su curva hacia arriba si su velocidad aumenta en velocidad aumenta en las capas inferiores. las capas inferiores.

(b) La dirección de (b) La dirección de propagación de la luz se propagación de la luz se curva hacia abajo si su curva hacia abajo si su velocidad disminuye en velocidad disminuye en las capas inferiores.las capas inferiores.

Esta conclusión de la teoría ondulatoria sobre la Esta conclusión de la teoría ondulatoria sobre la velocidad de la luz en medios de densidades diferentes velocidad de la luz en medios de densidades diferentes se opone completamente a la obtenida con la hipótesis se opone completamente a la obtenida con la hipótesis corpuscular de corpuscular de NewtonNewton, la cual afirma que la , la cual afirma que la velocidad de propagación es mayor en el medio más velocidad de propagación es mayor en el medio más denso. denso.

La controversia entre las dos teorías hubiera podido La controversia entre las dos teorías hubiera podido ser dirimida midiendo la velocidad de la luz en medios ser dirimida midiendo la velocidad de la luz en medios de distintas densidades, por ejemplo en aire y en agua; de distintas densidades, por ejemplo en aire y en agua; pero la velocidad de la luz es tan grande que en pero la velocidad de la luz es tan grande que en tiempos de tiempos de HuygensHuygens y y NewtonNewton no era posible hacer no era posible hacer esta medición mas que por métodos astronómicos y esta medición mas que por métodos astronómicos y sólo se conocía su valor en el vacío, que es sólo se conocía su valor en el vacío, que es aproximadamente igual a 300.000 km/ s. aproximadamente igual a 300.000 km/ s.

La controversia duró cerca de 150 añosLa controversia duró cerca de 150 años, hasta que los , hasta que los experimentos de difracción y de interferencia hechos experimentos de difracción y de interferencia hechos por por Thomas Young Thomas Young en 1815en 1815 dieron tanto apoyo a las dieron tanto apoyo a las ideas ondulatorias que la medición de las velocidades ideas ondulatorias que la medición de las velocidades de la luz en distintos medios perdió algo de su de la luz en distintos medios perdió algo de su importancia para dirimir la controversia. importancia para dirimir la controversia.

Sin embargo, Sin embargo, en 1850 el físico francés en 1850 el físico francés Jean B. Jean B. FoucaultFoucault pudo medir la velocidad de la luz en agua pudo medir la velocidad de la luz en agua encontrando un valor 33% menor que en aire. encontrando un valor 33% menor que en aire.

La teoría corpuscular de La teoría corpuscular de NewtonNewton parecía estar parecía estar definitivamente muerta. definitivamente muerta.

LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICASLAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

Muchos fenómenos ópticos, como la difracción y la Muchos fenómenos ópticos, como la difracción y la interferencia, pueden explicarse simplemente con la interferencia, pueden explicarse simplemente con la hipótesis ondulatoria de la luz sin necesidad de hipótesis ondulatoria de la luz sin necesidad de precisar la propiedad del medio que es perturbada y precisar la propiedad del medio que es perturbada y se propaga en ondas. se propaga en ondas.

La óptica ondulatoria sobrevivió y se desarrolló a lo La óptica ondulatoria sobrevivió y se desarrolló a lo largo de casi 200 años, durante los cuales se largo de casi 200 años, durante los cuales se resolvieron muchos problemas ópticos y se resolvieron muchos problemas ópticos y se desarrollaron muchos instrumentos ópticos sin desarrollaron muchos instrumentos ópticos sin conocer la naturaleza de las ondas; sólo se necesitaba conocer la naturaleza de las ondas; sólo se necesitaba saber que eran ondas. saber que eran ondas.


Tampoco fue necesario en muchos casos Tampoco fue necesario en muchos casos precisar la naturaleza del medio en que se precisar la naturaleza del medio en que se propagan las ondas luminosas; bastaba con propagan las ondas luminosas; bastaba con suponer que existía uno capaz de propagarlas. suponer que existía uno capaz de propagarlas.

Este medio fue llamado "éter". Este medio fue llamado "éter". Sin embargo, para entender la naturaleza de la Sin embargo, para entender la naturaleza de la

luz se hacía necesario conocer las propiedades luz se hacía necesario conocer las propiedades del medio y determinar la que es perturbada y del medio y determinar la que es perturbada y se propaga ondulatoriamente. se propaga ondulatoriamente.


Basándose en los valores ya conocidos de la velocidad, de la Basándose en los valores ya conocidos de la velocidad, de la longitud de onda y de la frecuencia de la luz se determinó que longitud de onda y de la frecuencia de la luz se determinó que el supuesto éter debía tener características muy especiales que el supuesto éter debía tener características muy especiales que lo hacían diferente a cualquier otro medio conocido, como el lo hacían diferente a cualquier otro medio conocido, como el aire o el agua. aire o el agua.

Por ejemplo, como se pensaba en las ondas luminosas en Por ejemplo, como se pensaba en las ondas luminosas en analogía con las acústicas, el éter sería un medio análogo al analogía con las acústicas, el éter sería un medio análogo al aire, pero como la frecuencia de las ondas luminosas es miles aire, pero como la frecuencia de las ondas luminosas es miles de millones de veces superior a la de las ondas acústicas, el de millones de veces superior a la de las ondas acústicas, el éter debía ser miles de veces más elástico que el aire, con éter debía ser miles de veces más elástico que el aire, con propiedades parecidas al acero, para poder vibrar tan propiedades parecidas al acero, para poder vibrar tan rápidamente. rápidamente.


También debía de ser transparente para dejar También debía de ser transparente para dejar pasar la luz, e infinitamente tenue para permitir pasar la luz, e infinitamente tenue para permitir la circulación indefinida de los cuerpos celestes. la circulación indefinida de los cuerpos celestes.

Todos los intentos realizados por muchos años Todos los intentos realizados por muchos años para demostrar la existencia del éter fueron para demostrar la existencia del éter fueron inútiles. inútiles.

No sorprende ahora, después de todo, que un No sorprende ahora, después de todo, que un medio tan extraordinario no haya sido jamás medio tan extraordinario no haya sido jamás encontrado. encontrado.


Mientras la óptica se desarrollaba hasta alcanzar la teoría Mientras la óptica se desarrollaba hasta alcanzar la teoría ondulatoria y se atoraba con las ideas del éter, otras ondulatoria y se atoraba con las ideas del éter, otras partes de la ciencia también crecieron. partes de la ciencia también crecieron.


En particular, la ciencia de la electricidad y la del magnetismo se habían desarrollado independientemente, En particular, la ciencia de la electricidad y la del magnetismo se habían desarrollado independientemente, desde los fenómenos elementales descubiertos hace siglos por los griegos, frotando con piel objetos de ámbar desde los fenómenos elementales descubiertos hace siglos por los griegos, frotando con piel objetos de ámbar para producir cargas eléctricas y moviendo objetos de hierro sin tocarlos, con trocitos de un extraño mineral —para producir cargas eléctricas y moviendo objetos de hierro sin tocarlos, con trocitos de un extraño mineral —magnetita— traído de la región de Magnesia en el Asia Central, hasta los experimentos del físico danés magnetita— traído de la región de Magnesia en el Asia Central, hasta los experimentos del físico danés Hans Hans Christian OerstedChristian Oersted en 1820 en 1820 y del físico inglés y del físico inglés Michael Michael FaradayFaraday en 1839 en 1839, que demostraban una fuerte relación , que demostraban una fuerte relación entre la electricidad y el magnetismo. entre la electricidad y el magnetismo.


Estos experimentos probaron que las cargas eléctricas que se generan al Estos experimentos probaron que las cargas eléctricas que se generan al frotar dos cuerpos y que atraen o rechazan a otras cargas generadas de la frotar dos cuerpos y que atraen o rechazan a otras cargas generadas de la misma manera también pueden atraer o rechazar cuerpos magnetizados, misma manera también pueden atraer o rechazar cuerpos magnetizados, como una brújula, aunque sólo si están en movimiento.como una brújula, aunque sólo si están en movimiento.


Es decir, que las cargas eléctricas, además de las fuerzas eléctricas que Es decir, que las cargas eléctricas, además de las fuerzas eléctricas que atraen o rechazan a otras cargas eléctricas, si se ponen en movimiento atraen o rechazan a otras cargas eléctricas, si se ponen en movimiento producen también a su alrededor fuerzas magnéticas que mueven cuerpos producen también a su alrededor fuerzas magnéticas que mueven cuerpos magnetizados como brújulas e imanes. magnetizados como brújulas e imanes.


Este descubrimiento, por lo pronto, dio origen a uno de los inventos más importantes de la civilización Este descubrimiento, por lo pronto, dio origen a uno de los inventos más importantes de la civilización moderna —el motor eléctrico—, que consiste esencialmente en un dispositivo para hacer circular cargas moderna —el motor eléctrico—, que consiste esencialmente en un dispositivo para hacer circular cargas eléctricas por un conductor de electricidad y de un cuerpo magnetizado que es puesto en movimiento eléctricas por un conductor de electricidad y de un cuerpo magnetizado que es puesto en movimiento por las fuerzas magnéticas generadas por esas cargas móviles. por las fuerzas magnéticas generadas por esas cargas móviles.

El mismo descubrimiento, insospechadamente, también liberó a la óptica de su inútil búsqueda del éter. El mismo descubrimiento, insospechadamente, también liberó a la óptica de su inútil búsqueda del éter.


La fuerza magnética producida por cargas La fuerza magnética producida por cargas eléctricas en movimiento aparece eléctricas en movimiento aparece alrededor de las cargas, en donde antes alrededor de las cargas, en donde antes no había ninguna fuerza magnética, al no había ninguna fuerza magnética, al empezar éstas a moverse. empezar éstas a moverse.


Es una propiedad del medio, que cambia si Es una propiedad del medio, que cambia si las cargas eléctricas se mueven. las cargas eléctricas se mueven.

La magnitud de la fuerza magnética La magnitud de la fuerza magnética cambia desde el valor cero, cuando las cambia desde el valor cero, cuando las cargas están en reposo, hasta valores cargas están en reposo, hasta valores distintos de cero, que alcanza cuando las distintos de cero, que alcanza cuando las cargas se mueven, y que dependen de la cargas se mueven, y que dependen de la velocidad de las cargas. velocidad de las cargas.


En otras palabras, las cargas en En otras palabras, las cargas en movimiento perturban el medio en una movimiento perturban el medio en una forma parecida a la forma en que la forma parecida a la forma en que la presión y la densidad del aire son presión y la densidad del aire son perturbadas por la vibración de una perturbadas por la vibración de una campana. campana.


Se puede pensar, entonces, que la fuerza Se puede pensar, entonces, que la fuerza magnética producida por el movimiento de magnética producida por el movimiento de cargas eléctricas se propaga alrededor de cargas eléctricas se propaga alrededor de las cargas en forma análoga a como se las cargas en forma análoga a como se propagan en el aire los cambios de presión propagan en el aire los cambios de presión que constituyen el sonido; es decir, por que constituyen el sonido; es decir, por ondas. ondas.


Si las cargas vibran cambiando la Si las cargas vibran cambiando la dirección de su movimiento dirección de su movimiento continuamente, la fuerza magnética que continuamente, la fuerza magnética que producen también cambia de valor y de producen también cambia de valor y de dirección continuamente, produciendo a dirección continuamente, produciendo a su alrededor zonas de fuerza magnética su alrededor zonas de fuerza magnética con distintos valores y direcciones con distintos valores y direcciones opuestas. opuestas.


Así pues, se puede hablar de ondas de Así pues, se puede hablar de ondas de fuerza magnética producidas por cargas fuerza magnética producidas por cargas en movimiento de la misma forma en que en movimiento de la misma forma en que se habla de ondas acústicas de presión, se habla de ondas acústicas de presión, producidas por objetos en vibración como producidas por objetos en vibración como campanas o bocinas. campanas o bocinas.

Estas ondas se llaman ondas Estas ondas se llaman ondas electromagnéticas porque junto con la electromagnéticas porque junto con la fuerza magnética se propaga también la fuerza magnética se propaga también la fuerza eléctrica producida por las cargas.fuerza eléctrica producida por las cargas.


Las cargas eléctricas Las cargas eléctricas en movimiento en movimiento producen fuerzas producen fuerzas eléctricas y magnéticas eléctricas y magnéticas que se propagan a su que se propagan a su alrededor a la alrededor a la velocidad de la luz. La velocidad de la luz. La propagación de estas propagación de estas fuerzas se llama onda fuerzas se llama onda electromagnética. A electromagnética. A ciertas frecuencias ciertas frecuencias estas ondas se perciben estas ondas se perciben como luzcomo luz


Las fuerzas eléctricas y magnéticas Las fuerzas eléctricas y magnéticas producidas en cierto lugar por cargas en producidas en cierto lugar por cargas en movimiento no aparecen movimiento no aparecen instantáneamente en ese lugar al iniciarse instantáneamente en ese lugar al iniciarse el movimiento de las cargas, sino que el movimiento de las cargas, sino que toman un cierto tiempo. toman un cierto tiempo.


La velocidad de propagación de la fuerza La velocidad de propagación de la fuerza magnética es igual a la distancia entre las magnética es igual a la distancia entre las cargas y el lugar, dividida entre el tiempo cargas y el lugar, dividida entre el tiempo que tarda en aparecer la fuerza magnética que tarda en aparecer la fuerza magnética desde que las cargas inician su desde que las cargas inician su movimiento. movimiento.

Desde luego, ésta es también la velocidad Desde luego, ésta es también la velocidad de propagación de las ondas de propagación de las ondas electromagnéticas. electromagnéticas.


El físico escocés El físico escocés James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell encontró en 1865 la forma de calcular esta encontró en 1865 la forma de calcular esta velocidad y obtuvo el valor de 300.000 velocidad y obtuvo el valor de 300.000 km/s. km/s.

¡El mismo valor de la velocidad de la luz! ¡El mismo valor de la velocidad de la luz!


Esto no podía ser sólo una simple Esto no podía ser sólo una simple coincidencia, y llevó a Maxwell a declarar coincidencia, y llevó a Maxwell a declarar que tenía "fuertes razones para concluir que tenía "fuertes razones para concluir que la luz es una perturbación que la luz es una perturbación electromagnética en forma de ondas...". electromagnética en forma de ondas...".

Parecía por fin que se habían encontrado Parecía por fin que se habían encontrado la perturbación ondulatoria que constituye la perturbación ondulatoria que constituye la luz, y las ideas acerca del éter fueron la luz, y las ideas acerca del éter fueron sepultadas para siempre. sepultadas para siempre.

LAS FUENTES DE LA LUZLAS FUENTES DE LA LUZ

Las ideas de Maxwell produjeron Las ideas de Maxwell produjeron otro resultado de enorme otro resultado de enorme importancia: explicaron cómo se importancia: explicaron cómo se produce la luz. produce la luz.

Ésta se produce moviendo cargas Ésta se produce moviendo cargas eléctricas. eléctricas.


La onda electromagnética más sencilla se La onda electromagnética más sencilla se produce haciendo oscilar el sistema de cargas produce haciendo oscilar el sistema de cargas más sencillo. más sencillo.

Este sistema, llamado dipolo eléctrico, está Este sistema, llamado dipolo eléctrico, está formado por dos cargas eléctricas iguales y de formado por dos cargas eléctricas iguales y de signos opuestos; esto es, por una carga positiva signos opuestos; esto es, por una carga positiva y otra igual pero negativa. y otra igual pero negativa.


Es el sistema más sencillo porque nuestro Es el sistema más sencillo porque nuestro universo es eléctricamente neutro y al universo es eléctricamente neutro y al producirse una carga eléctrica de un signo producirse una carga eléctrica de un signo siempre se produce una carga igual del signo siempre se produce una carga igual del signo opuesto. opuesto.

La figura 32 muestra, en cierto momento, las La figura 32 muestra, en cierto momento, las fuerzas eléctricas que se producen alrededor de fuerzas eléctricas que se producen alrededor de un dipolo eléctrico oscilante. un dipolo eléctrico oscilante.


La longitud de las La longitud de las ondas de radio es de ondas de radio es de cientos de metros y se cientos de metros y se producen en sistemas producen en sistemas de cargas eléctricas de cargas eléctricas en movimiento, en movimiento, llamados antenas, llamados antenas, que tienen que tienen dimensiones dimensiones comparables, de unos comparables, de unos 100 a 200 m.100 a 200 m. . .


Estas fuerzas oscilan en cada punto a la misma Estas fuerzas oscilan en cada punto a la misma frecuencia con la que oscila el dipolo. frecuencia con la que oscila el dipolo.

Si uniéramos por una superficie los extremos Si uniéramos por una superficie los extremos de todas las fuerzas eléctricas, las veríamos de todas las fuerzas eléctricas, las veríamos ondular alejándose del dipolo, como las ondas ondular alejándose del dipolo, como las ondas circulares generadas al perturbar la superficie circulares generadas al perturbar la superficie del agua tranquila. del agua tranquila.


Las ondas de radio y de televisión Las ondas de radio y de televisión son como éstas. son como éstas.

Se generan haciendo oscilar cargas Se generan haciendo oscilar cargas eléctricas por un conductor de cargas, eléctricas por un conductor de cargas, generalmente vertical, llamado generalmente vertical, llamado antena. antena.


Estas ondas difieren de las ondas de luz Estas ondas difieren de las ondas de luz solamente en la frecuencia; las de radio solamente en la frecuencia; las de radio tienen frecuencias entre millones y miles tienen frecuencias entre millones y miles de millones de hertzios (megahertzios, de millones de hertzios (megahertzios, MHz, a gigahertzios, GHz), y las de luz MHz, a gigahertzios, GHz), y las de luz tienen frecuencias de decenas de billones tienen frecuencias de decenas de billones de hertzios (tera hertzios, THz). de hertzios (tera hertzios, THz).


Las ondas electromagnéticas de radio Las ondas electromagnéticas de radio fueron producidas artificialmente por fueron producidas artificialmente por primera vez en 1887 por el físico alemán primera vez en 1887 por el físico alemán Heinrich HertzHeinrich Hertz, quien además midió su , quien además midió su velocidad de propagación y comprobó velocidad de propagación y comprobó que es igual a la de la luz; tal y como que es igual a la de la luz; tal y como había predicho Maxwell. había predicho Maxwell.


Las ondas producidas por un cuerpo Las ondas producidas por un cuerpo luminoso, responsables de los fenómenos luminoso, responsables de los fenómenos de difracción y de interferencia, se de difracción y de interferencia, se producen por el movimiento de las producen por el movimiento de las partículas con carga eléctrica con que partículas con carga eléctrica con que están construidos los átomos y las están construidos los átomos y las moléculas del cuerpo. moléculas del cuerpo.


Debido a que estos movimientos ocurren Debido a que estos movimientos ocurren en todas direcciones y no sólo en una en todas direcciones y no sólo en una como sucede en una antena vertical, la como sucede en una antena vertical, la onda electromagnética producida por onda electromagnética producida por cada punto luminoso es esférica y se cada punto luminoso es esférica y se propaga en todas direcciones. propaga en todas direcciones.


La perturbación que se propaga está La perturbación que se propaga está formada por las fuerzas eléctrica y formada por las fuerzas eléctrica y magnética producidas por las cargas magnética producidas por las cargas en movimiento y no requiere de un en movimiento y no requiere de un medio material para propagarse, ya medio material para propagarse, ya que puede hacerlo en el espacio que puede hacerlo en el espacio vacío. vacío.


Es difícil representar estas ondas por Es difícil representar estas ondas por un dibujo sobre un papel porque las un dibujo sobre un papel porque las fuerzas eléctrica y magnética son fuerzas eléctrica y magnética son perpendiculares entre sí y perpendiculares entre sí y perpendiculares, a su vez, a la perpendiculares, a su vez, a la dirección de propagación de la onda. dirección de propagación de la onda.


La figura La figura muestra cómo muestra cómo se verían, en se verían, en cierto instante, cierto instante, las fuerzas las fuerzas magnéticas de magnéticas de una onda una onda esférica esférica alrededor de las alrededor de las cargas que las cargas que las producen. producen.


La fuerza en cada punto oscila continuamente La fuerza en cada punto oscila continuamente de manera que las esferas que pasan, por de manera que las esferas que pasan, por ejemplo, por los máximos de las fuerzas, se ejemplo, por los máximos de las fuerzas, se alejan de su centro a la velocidad de alejan de su centro a la velocidad de propagación de la luz. propagación de la luz.


Excepto porque las fuerzas son Excepto porque las fuerzas son perpendiculares a la dirección de perpendiculares a la dirección de propagación, propagación, HuygensHuygens postuló postuló correctamente la existencia de estas ondas correctamente la existencia de estas ondas para explicar los fenomenos de refracción para explicar los fenomenos de refracción de la luz, y de la luz, y YoungYoung para explicar los de para explicar los de interferencia y de difracción. interferencia y de difracción.


Todas las ondas electromagnéticas se generan por Todas las ondas electromagnéticas se generan por sistemas de cargas eléctricas en movimiento. sistemas de cargas eléctricas en movimiento.

En general, la longitud de la onda producida es En general, la longitud de la onda producida es comparable a las dimensiones del sistema de cargas; comparable a las dimensiones del sistema de cargas; por ejemplo, las ondas de radio tienen longitudes de por ejemplo, las ondas de radio tienen longitudes de onda de más o menos 300 m y las antenas de onda de más o menos 300 m y las antenas de transmisión de radio son también de unos 100 o 200 transmisión de radio son también de unos 100 o 200 metros de longitud. metros de longitud.


La longitud de las ondas La longitud de las ondas electromagnéticas, llamadas comúnmente electromagnéticas, llamadas comúnmente "microondas", es de unos 12 cm. "microondas", es de unos 12 cm.

Las ondas se producen en instrumentos Las ondas se producen en instrumentos electrónicos, llamados "magnetrones", electrónicos, llamados "magnetrones", con esas dimensiones aproximadas. con esas dimensiones aproximadas.


Las ondas electromagnéticas que llamamos luz Las ondas electromagnéticas que llamamos luz tienen una longitud de unos 0,0005 mm, lo que tienen una longitud de unos 0,0005 mm, lo que indica que se generan en sistemas indica que se generan en sistemas microscópicos de cargas eléctricas de microscópicos de cargas eléctricas de dimensiones comparables. dimensiones comparables.

Estos sistemas tienen un diámetro aproximado Estos sistemas tienen un diámetro aproximado de 0,00001 mm y se llaman átomos, o de 0,00001 mm y se llaman átomos, o moléculas. moléculas.


Toda la materia está compuesta por Toda la materia está compuesta por átomos o moléculas de distintas átomos o moléculas de distintas especies; todos están compuestos por especies; todos están compuestos por cargas eléctricas y, por lo tanto, todos cargas eléctricas y, por lo tanto, todos son susceptibles de producir ondas son susceptibles de producir ondas electromagnéticas. electromagnéticas.


Además de ondas de luz, estos sistemas Además de ondas de luz, estos sistemas pueden producir ondas de mayor pueden producir ondas de mayor longitud, llamadas radiación infrarroja, y longitud, llamadas radiación infrarroja, y ondas de menor longitud llamadas ondas de menor longitud llamadas radiación ultravioleta y rayos X, que no radiación ultravioleta y rayos X, que no pueden ser percibidas directamente por el pueden ser percibidas directamente por el ojo.ojo.


En el interior de los átomos y de las moléculas existen además sistemas de cargas eléctricas mucho más pequeños, unas cien mil veces más pequeños, los llamados núcleos atómicos que son susceptibles de producir radiación electromagnética de mucho menor longitud que la de la radiación ultravioleta o que la de los rayos X.


Estas ondas electromagnéticas se llaman rayos gamma y tampoco pueden ser percibidos por la vista. Al conjunto de los distintos tipos de ondas electromagnéticas se le llama espectro electromagnético.


El espectro El espectro de las ondas de las ondas electromagnelectromagnéticas y las éticas y las dimensiones dimensiones de los de los sistemas de sistemas de cargas que cargas que las las producen.producen.

¿ONDAS O PARTÍCULAS?¿ONDAS O PARTÍCULAS?

LA TEORÍA electromagnética de LA TEORÍA electromagnética de la luz propuesta por Maxwell la luz propuesta por Maxwell contestó preguntas y resolvió contestó preguntas y resolvió problemas muy importantes. problemas muy importantes.


Los principales fueron descubrir que la perturbación Los principales fueron descubrir que la perturbación que se propaga como ondas de luz está formada por que se propaga como ondas de luz está formada por fuerzas eléctricas y magnéticas, y que estas fuerzas eléctricas y magnéticas, y que estas perturbaciones se producen en cargas eléctricas en perturbaciones se producen en cargas eléctricas en movimiento. movimiento.

Estos descubrimientos dieron origen a la radio, a la Estos descubrimientos dieron origen a la radio, a la televisión y, en general, a toda la tecnología moderna televisión y, en general, a toda la tecnología moderna de telecomunicaciones. de telecomunicaciones.


Parecía también haber establecido definitivamente Parecía también haber establecido definitivamente que la luz está constituida por ondas esféricas que la luz está constituida por ondas esféricas (electromagnéticas) que se producen en cada punto de (electromagnéticas) que se producen en cada punto de los objetos luminosos. los objetos luminosos.

Sin embargo, en menos de unos diez años se encontró Sin embargo, en menos de unos diez años se encontró que esto no podía ser totalmente cierto; más bien la que esto no podía ser totalmente cierto; más bien la luz, en varios nuevos experimentos, daba muestras de luz, en varios nuevos experimentos, daba muestras de estar compuesta por gránulos o corpúsculos y no por estar compuesta por gránulos o corpúsculos y no por perturbaciones continuas como son las ondulatorias. perturbaciones continuas como son las ondulatorias.


El experimento más sencillo que muestra la El experimento más sencillo que muestra la naturaleza granular de la luz consiste naturaleza granular de la luz consiste simplemente en tomar fotografías de un objeto a simplemente en tomar fotografías de un objeto a diferentes grados de exposición de la película, diferentes grados de exposición de la película, desde uno muy bajo hasta el adecuado para desde uno muy bajo hasta el adecuado para obtener una buena foto. obtener una buena foto.

La figura muestra el resultado de este La figura muestra el resultado de este experimento. experimento.


La naturaleza La naturaleza corpuscular de la corpuscular de la luz se observa en luz se observa en fotos de objetos fotos de objetos iluminados muy iluminados muy débilmente. La débilmente. La imagen se forma imagen se forma punto a punto, y punto a punto, y muestra que la muestra que la luz llega a la luz llega a la película película fotográfica por fotográfica por unidades unidades separadas que separadas que los producen.los producen.


La exposición en la primera foto fue La exposición en la primera foto fue 10.000 veces menor que en la última; 10.000 veces menor que en la última; o sea, que la cantidad de luz que o sea, que la cantidad de luz que llegó a la placa fotográfica en la llegó a la placa fotográfica en la primera foto fue también 10.000 primera foto fue también 10.000 veces menor que en la última. veces menor que en la última.


En la foto de menor tiempo de En la foto de menor tiempo de exposición, (a) y (b), se observa exposición, (a) y (b), se observa claramente que la película se va claramente que la película se va imprimiendo por puntos; como si la luz imprimiendo por puntos; como si la luz estuviera formada por gránulos o estuviera formada por gránulos o corpúsculos que llegan a ella corpúsculos que llegan a ella separadamente y van dejando marcas separadamente y van dejando marcas individuales en la película. individuales en la película.


Esto contradice la idea de la luz como Esto contradice la idea de la luz como ondas esféricas porque éstas son ondas esféricas porque éstas son continuas; su efecto en la película continuas; su efecto en la película también debería ser continuo; y la imagen también debería ser continuo; y la imagen del objeto debería irse formando poco a del objeto debería irse formando poco a poco pero toda completa y no por puntos poco pero toda completa y no por puntos individuales como se observa.individuales como se observa.


En las mismas fotos (a) y (b) se En las mismas fotos (a) y (b) se puede notar que los puntos que puede notar que los puntos que forman la imagen son esencialmente forman la imagen son esencialmente iguales; simplemente hay más puntos iguales; simplemente hay más puntos en las partes brillantes que en las en las partes brillantes que en las oscuras. oscuras.


Esto sugiere que los supuestos Esto sugiere que los supuestos gránulos o corpúsculos de luz son gránulos o corpúsculos de luz son también esencialmente iguales también esencialmente iguales puesto que producen los mismos puesto que producen los mismos efectos en la placa fotográfica.efectos en la placa fotográfica.


Cada una de estas unidades es indivisible. Esto Cada una de estas unidades es indivisible. Esto se demuestra también fácilmente con una se demuestra también fácilmente con una variante del mismo experimento. variante del mismo experimento.

Se divide en dos la luz que llega a la cámara Se divide en dos la luz que llega a la cámara en el experimento anterior por medio de un en el experimento anterior por medio de un semiespejo; esto es, por un espejo que refleja semiespejo; esto es, por un espejo que refleja la mitad y trasmite la otra mitad de la luz que la mitad y trasmite la otra mitad de la luz que le llega. le llega.


Experimento Experimento para observar para observar la división de la la división de la luz en partes luz en partes iguales. El iguales. El semiespejo semiespejo refleja la mitad refleja la mitad de la luz que le de la luz que le llega y llega y transmite la transmite la otra mitad.otra mitad.


Tomando dos fotografías Tomando dos fotografías simultáneamente, una con la luz simultáneamente, una con la luz trasmitida y otra con la luz reflejada, trasmitida y otra con la luz reflejada, se encuentra que las imágenes en se encuentra que las imágenes en ambas fotos se integran por puntos ambas fotos se integran por puntos idénticos a los de las fotos de la idénticos a los de las fotos de la figura. figura.


La única diferencia es que en este experimento La única diferencia es que en este experimento las imágenes se integran en el doble del las imágenes se integran en el doble del tiempo. tiempo.

Es decir, el semiespejo simplemente reduce a Es decir, el semiespejo simplemente reduce a la mitad el número de unidades indivisibles de la mitad el número de unidades indivisibles de luz que llegan a la primera cámara y refleja la luz que llegan a la primera cámara y refleja la otra mitad del número de corpúsculos a la otra mitad del número de corpúsculos a la segunda cámara. segunda cámara.


La demostración más impresionante de la naturaleza La demostración más impresionante de la naturaleza corpuscular de la luz se puede obtener ahora corpuscular de la luz se puede obtener ahora simplemente advirtiendo cómo se forma la imagen de simplemente advirtiendo cómo se forma la imagen de una estrella con una cámara sobre una placa una estrella con una cámara sobre una placa fotográfica. fotográfica.

Como en los experimentos anteriores, en la figura Como en los experimentos anteriores, en la figura siguiente se observa que la imagen de cada estrella en siguiente se observa que la imagen de cada estrella en la película se integra con puntos idénticos a los de la película se integra con puntos idénticos a los de esos experimentos. esos experimentos.


Las fotografías de las estrellas se forman también punto a punto, de la misma manera que Las fotografías de las estrellas se forman también punto a punto, de la misma manera que las de los objetos cercanos los corpúsculos de luz, o fotones, que producen esos puntos las de los objetos cercanos los corpúsculos de luz, o fotones, que producen esos puntos

viajan miles de años por el espacio sideral hasta llegar a la película fotográfica.viajan miles de años por el espacio sideral hasta llegar a la película fotográfica.


Cada una de las unidades indivisibles de Cada una de las unidades indivisibles de luz que producen estos puntos viaja miles luz que producen estos puntos viaja miles de años a 300.000 km/s, desde una de años a 300.000 km/s, desde una estrella hasta la Tierra, y produce en la estrella hasta la Tierra, y produce en la placa fotográfica una marca idéntica a la placa fotográfica una marca idéntica a la que deja cada unidad de luz de un objeto que deja cada unidad de luz de un objeto colocado a unos metros de la cámara. colocado a unos metros de la cámara.


Cada una de las unidades indivisibles de luz Cada una de las unidades indivisibles de luz que producen estos puntos viaja miles de años que producen estos puntos viaja miles de años a 300.000 km/s, desde una estrella hasta la a 300.000 km/s, desde una estrella hasta la Tierra, y produce en la placa fotográfica una Tierra, y produce en la placa fotográfica una marca idéntica a la que deja cada unidad de luz marca idéntica a la que deja cada unidad de luz de un objeto colocado a unos metros de la de un objeto colocado a unos metros de la cámara. cámara.


Si la luz que produce cada una de estas marcas se Si la luz que produce cada una de estas marcas se hubiera originado en la estrella como una onda hubiera originado en la estrella como una onda esférica, al propagarse a través de las enormes esférica, al propagarse a través de las enormes distancias interestelares se habría repartido sobre distancias interestelares se habría repartido sobre una inmensa esfera en el espacio sideral llegando una inmensa esfera en el espacio sideral llegando a la cámara una parte tan insignificante de ella a la cámara una parte tan insignificante de ella que no podría producir en la emulsión fotográfica que no podría producir en la emulsión fotográfica un efecto igual al que produce cada unidad de la un efecto igual al que produce cada unidad de la luz proveniente de una fuente cercana. luz proveniente de una fuente cercana.


Sólo mediante la propagación rectilínea de Sólo mediante la propagación rectilínea de corpúsculos de luz se puede entender este corpúsculos de luz se puede entender este resultado experimental. resultado experimental.

Esto, en buena medida, reivindica la hipótesis Esto, en buena medida, reivindica la hipótesis corpuscular de la luz de Isaac Newton basada corpuscular de la luz de Isaac Newton basada en la simple observación de la propagación en la simple observación de la propagación rectilínea de la luz mediante el sencillo rectilínea de la luz mediante el sencillo experimento de la figura 1. experimento de la figura 1.


En efecto, uno de los argumentos principales de En efecto, uno de los argumentos principales de Newton en apoyo de la hipótesis corpuscular era que si Newton en apoyo de la hipótesis corpuscular era que si bien "el sonido de un cañón o de una campana puede bien "el sonido de un cañón o de una campana puede oírse tras de una colina que lo oculte", porque el sonido oírse tras de una colina que lo oculte", porque el sonido es una perturbación ondulatoria que se propaga a todo es una perturbación ondulatoria que se propaga a todo el medio que rodea la colina, "las estrellas fijas dejan el medio que rodea la colina, "las estrellas fijas dejan de verse por la interposición de un planeta", no de verse por la interposición de un planeta", no pudiendo propagarse su luz al otro lado de éste "por pudiendo propagarse su luz al otro lado de éste "por estar compuesta de cuerpos pequeñísimos que son estar compuesta de cuerpos pequeñísimos que son emitidos por las sustancias luminosas". emitidos por las sustancias luminosas".


Los corpúsculos de luz Los corpúsculos de luz manifiestan también su manifiestan también su existencia por sus efectos sobre existencia por sus efectos sobre ciertos sistemas que los ciertos sistemas que los producen. producen.


Por ejemplo, los tubos luminosos que se llaman Por ejemplo, los tubos luminosos que se llaman generalmente "de gas neón", pero que también se generalmente "de gas neón", pero que también se fabrican con otros gases, producen luz porque las fabrican con otros gases, producen luz porque las cargas eléctricas, o electrones, de la corriente que se cargas eléctricas, o electrones, de la corriente que se hace circular por ellos chocan con las moléculas del hace circular por ellos chocan con las moléculas del gas que llena el tubo y agitan las cargas eléctricas que gas que llena el tubo y agitan las cargas eléctricas que las componen, haciendo que se muevan brevemente, las componen, haciendo que se muevan brevemente, como si fueran minúsculas campanas que vibran a como si fueran minúsculas campanas que vibran a determinadas frecuencias. determinadas frecuencias.


Cada molécula así excitada produce luz de colores Cada molécula así excitada produce luz de colores característicos durante un tiempo muy breve, de unas característicos durante un tiempo muy breve, de unas milmillonésimas de segundo, después del cual regresa milmillonésimas de segundo, después del cual regresa a su estado original. Se observa también que el gas se a su estado original. Se observa también que el gas se calienta durante este proceso. calienta durante este proceso.

Esto, a su vez, indica que sus moléculas adquieren Esto, a su vez, indica que sus moléculas adquieren velocidades mayores que las que tenían inicialmente, velocidades mayores que las que tenían inicialmente, porque la temperatura de un gas depende de las porque la temperatura de un gas depende de las velocidades de sus moléculas. velocidades de sus moléculas.


Producción de luz en una lámpara de gas. Las cargas de la Producción de luz en una lámpara de gas. Las cargas de la corriente eléctrica, o electrones, chocan can las moléculas del corriente eléctrica, o electrones, chocan can las moléculas del gas y agitan las cargas eléctricas que las componen, haciendo gas y agitan las cargas eléctricas que las componen, haciendo que se muevan momentáneamente y produzcan luz de los que se muevan momentáneamente y produzcan luz de los colores característicos de la molécula.colores característicos de la molécula.


Supongamos ahora que la luz se produce en ondas esféricas Supongamos ahora que la luz se produce en ondas esféricas y que cada átomo, al producir luz, es como un pequeño y que cada átomo, al producir luz, es como un pequeño corcho que cae sobre agua y produce una onda circular (a). corcho que cae sobre agua y produce una onda circular (a).


Al caer, el corcho empuja agua Al caer, el corcho empuja agua en todas direcciones a su en todas direcciones a su alrededor y esto forma la onda alrededor y esto forma la onda circular. circular.


Debido a que empuja en todas Debido a que empuja en todas direcciones el corcho permanece en direcciones el corcho permanece en el mismo lugar en que cayó, pues de el mismo lugar en que cayó, pues de haber empujado en un solo sentido haber empujado en un solo sentido se habría movido en la dirección se habría movido en la dirección opuesta como lo hace una lancha de opuesta como lo hace una lancha de motor al empujar agua en una motor al empujar agua en una dirección con la hélice. dirección con la hélice.


Pero entonces no habría producido una onda circular, Pero entonces no habría producido una onda circular, sino una más o menos "dirigida" en la dirección del sino una más o menos "dirigida" en la dirección del empuje, parecida a la estela que forma tras de sí la empuje, parecida a la estela que forma tras de sí la lancha de motor al avanzar (b). lancha de motor al avanzar (b).


Razonando ahora inversamente, si dejáramos Razonando ahora inversamente, si dejáramos caer muchos corchos sobre agua y caer muchos corchos sobre agua y encontráramos que adquieren velocidades que encontráramos que adquieren velocidades que no tenían antes de caer concluiríamos que, de no tenían antes de caer concluiríamos que, de alguna manera, cada uno de ellos habría alguna manera, cada uno de ellos habría empujado el agua en una sola dirección, empujado el agua en una sola dirección, adquiriendo, como consecuencia, una velocidad adquiriendo, como consecuencia, una velocidad de retroceso en la dirección opuesta.de retroceso en la dirección opuesta.


(a) Un corcho al caer en (a) Un corcho al caer en agua produce una onda agua produce una onda circular. El corcho circular. El corcho permanece donde cayó permanece donde cayó porque produce la onda porque produce la onda circular empujando agua en circular empujando agua en todas direcciones todas direcciones simultáneamente. simultáneamente.

(b) Si el corcho empujara (b) Si el corcho empujara solamente en una dirección, solamente en una dirección, la onda generada no sería la onda generada no sería circular, sino que estaría circular, sino que estaría dirigida en esta dirección. dirigida en esta dirección. Por reacción del agua a su Por reacción del agua a su empuje, el corcho empuje, el corcho retrocedería en la dirección retrocedería en la dirección opuesta.opuesta.


De un problema análogo a éste De un problema análogo a éste Albert Albert EinsteinEinstein encontró en 1917 que para dar encontró en 1917 que para dar cuenta correctamente de la temperatura cuenta correctamente de la temperatura que alcanza un gas cuando sus moléculas que alcanza un gas cuando sus moléculas emiten y absorben luz es necesario emiten y absorben luz es necesario suponer que cada emisión de luz ocurre suponer que cada emisión de luz ocurre en una dirección precisa y no como una en una dirección precisa y no como una onda esférica. onda esférica.


Cada molécula emisora adquiere así Cada molécula emisora adquiere así una velocidad de retroceso en una velocidad de retroceso en dirección opuesta a la de emisión; dirección opuesta a la de emisión; produciendo el movimiento molecular produciendo el movimiento molecular justamente necesario para dar cuenta justamente necesario para dar cuenta de la temperatura del gas. de la temperatura del gas.


Es decir, Einstein demostró que Es decir, Einstein demostró que no existen ondas luminosas no existen ondas luminosas esféricas, sino que la luz se emite esféricas, sino que la luz se emite en direcciones precisas como si en direcciones precisas como si estuviera constituida por estuviera constituida por corpúsculos que el propio corpúsculos que el propio Einstein llamó fotones. Einstein llamó fotones.


El trabajo de El trabajo de EinsteinEinstein confirmó también la confirmó también la primera hipótesis de la composición primera hipótesis de la composición corpuscular de la radiación electromagnética. corpuscular de la radiación electromagnética.

Esta hipótesis fue hecha en Esta hipótesis fue hecha en 19001900 por el físico por el físico alemán alemán Max PlanckMax Planck para explicar las para explicar las longitudes de onda, es decir, los colores de la longitudes de onda, es decir, los colores de la luz emitida por cuerpos incandescentes, como luz emitida por cuerpos incandescentes, como por ejemplo un lingote de hierro al rojo vivo.por ejemplo un lingote de hierro al rojo vivo.


Para dar cuenta exactamente de las cantidades Para dar cuenta exactamente de las cantidades de luz emitidas a las longitudes de onda de luz emitidas a las longitudes de onda observadas, observadas, PlanckPlanck encontró necesario suponer encontró necesario suponer que la radiación electromagnética de cada que la radiación electromagnética de cada frecuencia está compuesta por unidades frecuencia está compuesta por unidades indivisibles iguales y que cada una de ellas indivisibles iguales y que cada una de ellas contiene una energía igual a la frecuencia de la contiene una energía igual a la frecuencia de la onda multiplicada por un cierto número, conocido onda multiplicada por un cierto número, conocido desde entonces como constante de Pdesde entonces como constante de Plancklanck y que y que se representa universalmente por la letra se representa universalmente por la letra hh. .


Es decir, la energía E de cada uno de los Es decir, la energía E de cada uno de los "paquetes", o ""paquetes", o "cuantoscuantos", de energía que ", de energía que componen la onda de frecuencia n se obtiene de componen la onda de frecuencia n se obtiene de la llamada la llamada "ecuación de Planck": E =h"ecuación de Planck": E =h. .

Este problema de la física, conocido como el de Este problema de la física, conocido como el de la "la "radiación del cuerpo negroradiación del cuerpo negro", y la célebre ", y la célebre ecuación de ecuación de PlanckPlanck dieron origen a las ideas dieron origen a las ideas modernas de la composición granular, o modernas de la composición granular, o corpuscular, de la luz. corpuscular, de la luz.


LA COMPOSICIÓN granular de la luz, LA COMPOSICIÓN granular de la luz, demostrada de múltiples formas, algunas de las demostrada de múltiples formas, algunas de las cuales hemos descrito anteriormente, no puede cuales hemos descrito anteriormente, no puede ser puesta en duda. ser puesta en duda.

También queda demostrado por los También queda demostrado por los descubrimientos de Einstein que la luz no es descubrimientos de Einstein que la luz no es emitida por ondas esféricas. emitida por ondas esféricas.


Sin embargo, el éxito de la óptica Sin embargo, el éxito de la óptica ondulatoria para explicar los fenómenos ondulatoria para explicar los fenómenos de refracción, difracción e interferencia de de refracción, difracción e interferencia de la luz no puede ser ignorado; así como la luz no puede ser ignorado; así como tampoco puede pasar inadvertida la tampoco puede pasar inadvertida la relación que establece la ecuación de relación que establece la ecuación de Planck Planck E = hE = h entre las " entre las "partículas de luzpartículas de luz", ", o fotones, y alguna onda que tiene la o fotones, y alguna onda que tiene la frecuencia frecuencia . .


El movimiento de los corpúsculos de El movimiento de los corpúsculos de luz, o fotones, debe estar asociado a luz, o fotones, debe estar asociado a la onda electromagnética que la onda electromagnética que determina su energía y, en muchos determina su energía y, en muchos experimentos, determina también su experimentos, determina también su comportamiento. comportamiento.


¿Cómo es posible la difracción de la luz por ¿Cómo es posible la difracción de la luz por una ranura si la suponemos compuesta por una ranura si la suponemos compuesta por fotones indivisibles? fotones indivisibles?

Ya vimos que si intentamos medir el Ya vimos que si intentamos medir el diámetro de los fotones cerrando la ranura diámetro de los fotones cerrando la ranura hasta permitir apenas su paso, encontramos hasta permitir apenas su paso, encontramos que éstos pasan por las ranuras más que éstos pasan por las ranuras más estrechas; de manera que no es posible estrechas; de manera que no es posible asignarles una dimensión definida. asignarles una dimensión definida.


Sin embargo, alguna propiedad del Sin embargo, alguna propiedad del fotón debe estar relacionada con una fotón debe estar relacionada con una longitud puesto que éste distingue longitud puesto que éste distingue una ranura estrecha en la que es una ranura estrecha en la que es difractado, de una ranura ancha por difractado, de una ranura ancha por la que transita sin desviarse. la que transita sin desviarse.


La óptica ondulatoria, por su parte, La óptica ondulatoria, por su parte, establece que una ranura produce establece que una ranura produce difracción sólo si su anchura es difracción sólo si su anchura es comparable con la longitud de onda de la comparable con la longitud de onda de la luz; es decir, si la anchura es, cuando luz; es decir, si la anchura es, cuando mucho, unas cuantas veces mayor que la mucho, unas cuantas veces mayor que la longitud de onda. longitud de onda.


Esto implica que alguna propiedad del fotón Esto implica que alguna propiedad del fotón debe estar relacionada con la longitud de una debe estar relacionada con la longitud de una onda. La onda. La ecuación de Planck, E = hecuación de Planck, E = h, muestra , muestra esta relación. esta relación.


Si escribimos la frecuencia Si escribimos la frecuencia como la velocidad como la velocidad de la luz c dividida entre la longitud de onda l, de la luz c dividida entre la longitud de onda l, la la ecuación de Planckecuación de Planck queda escrita en la forma queda escrita en la forma

E = hc/E = hc/

que relaciona una propiedad del fotón, la que relaciona una propiedad del fotón, la energía, con la longitud de una onda. energía, con la longitud de una onda.

Esta onda debe ser la onda electromagnética Esta onda debe ser la onda electromagnética que producen las cargas eléctricas en que producen las cargas eléctricas en movimiento, junto con el fotón. movimiento, junto con el fotón.


Podemos intentar ahora hacernos una Podemos intentar ahora hacernos una representación más completa de lo que ocurre representación más completa de lo que ocurre en la producción de un fotón. en la producción de un fotón.

Según el resultado de Einstein, el fotón es Según el resultado de Einstein, el fotón es producido en un tiempo muy breve, como de producido en un tiempo muy breve, como de una milmillonésima de segundo, por la agitación una milmillonésima de segundo, por la agitación momentánea de las cargas eléctricas de una momentánea de las cargas eléctricas de una molécula; además, es emitido a la velocidad de molécula; además, es emitido a la velocidad de la luz, pero no como una onda esférica, sino en la luz, pero no como una onda esférica, sino en una dirección bien definida. una dirección bien definida.


Simultáneamente las cargas producen Simultáneamente las cargas producen una onda electromagnética que se una onda electromagnética que se propaga, también a la velocidad de la luz, propaga, también a la velocidad de la luz, junto con el fotón. junto con el fotón.

La onda puede ser esférica o no, esto La onda puede ser esférica o no, esto depende sólo del movimiento de las depende sólo del movimiento de las cargas, pero su extensión es limitada. cargas, pero su extensión es limitada.


La onda ocupa sólo la distancia que viaja La onda ocupa sólo la distancia que viaja la luz durante el movimiento de las cargas. la luz durante el movimiento de las cargas.

Por ejemplo, si el tiempo de emisión fuera Por ejemplo, si el tiempo de emisión fuera de una milmillonésima de segundo, la de una milmillonésima de segundo, la extensión de la onda sería una extensión de la onda sería una milmillonésima parte de los 300.000 km milmillonésima parte de los 300.000 km que viaja la luz cada segundo; o sea, sería que viaja la luz cada segundo; o sea, sería de 30 cm. de 30 cm.


Una onda de extensión limitada se Una onda de extensión limitada se llama "tren de ondas" y se representa llama "tren de ondas" y se representa como en la figura 40. como en la figura 40.

Como la longitud de onda de la luz es Como la longitud de onda de la luz es tan pequeña, en el tren caben tan pequeña, en el tren caben muchísimas ondas completas. muchísimas ondas completas.


Un tren de ondas es una onda de extensión limitada.Un tren de ondas es una onda de extensión limitada.


Si la longitud de onda de la luz en el ejemplo Si la longitud de onda de la luz en el ejemplo anterior fuera de 0,00005 cm, en el tren cabrían anterior fuera de 0,00005 cm, en el tren cabrían 30/0,00005 = 600 000 ondas completas. 30/0,00005 = 600 000 ondas completas.

La frecuencia de la onda es el número de La frecuencia de la onda es el número de oscilaciones en un segundo; o sea, oscilaciones en un segundo; o sea, = = 600.000/0,000000001 = 600 billones de 600.000/0,000000001 = 600 billones de hertzios. La energía del fotón emitido depende hertzios. La energía del fotón emitido depende de la frecuencia de esta onda. de la frecuencia de esta onda.


El tren de ondas electromagnéticas es El tren de ondas electromagnéticas es generado con el fotón, pero no es el generado con el fotón, pero no es el fotón. fotón.


Éste puede ser encontrado en Éste puede ser encontrado en cualquier lugar de la región ocupada cualquier lugar de la región ocupada por el tren de ondas, pero no está por el tren de ondas, pero no está repartido sobre toda esta región; si se repartido sobre toda esta región; si se le encuentra en algún lugar, se le le encuentra en algún lugar, se le encuentra completo. encuentra completo.


Por ejemplo, si el tren fuera esférico, Por ejemplo, si el tren fuera esférico, el fotón podría encontrarse, el fotón podría encontrarse, completo, en cualquier parte de un completo, en cualquier parte de un cascarón esférico de 30 cm de cascarón esférico de 30 cm de espesor y con un radio que aumenta a espesor y con un radio que aumenta a la velocidad de la luz. la velocidad de la luz.


En este cascarón se En este cascarón se encuentra el tren de encuentra el tren de ondas generado por ondas generado por el movimiento de las el movimiento de las cargas.cargas.

En otras palabras, el En otras palabras, el tren de ondas tren de ondas electromagnéticas electromagnéticas indica dónde indica dónde puedepuede ser encontrado, pero ser encontrado, pero no dónde no dónde estáestá el el fotón. fotón.


Por ejemplo, si este tren de ondas esféricas Por ejemplo, si este tren de ondas esféricas llega a una ranura delgada, atrás de ella ya no llega a una ranura delgada, atrás de ella ya no se propaga como una onda esférica, sino que se propaga como una onda esférica, sino que debido a interferencias en la onda trasmitida, se debido a interferencias en la onda trasmitida, se forman zonas de interferencia destructiva, forman zonas de interferencia destructiva, donde la onda electromagnética se cancela por donde la onda electromagnética se cancela por completo, y zonas de interferencia constructiva completo, y zonas de interferencia constructiva donde la interferencia refuerza la intensidad de donde la interferencia refuerza la intensidad de la onda. la onda.


Éstas son las zonas que se observan en la Éstas son las zonas que se observan en la difracción de la luz por una ranura.difracción de la luz por una ranura.

Si se ilumina la ranura con luz tan débil que los Si se ilumina la ranura con luz tan débil que los fotones pasen uno por uno por ella, cada uno de fotones pasen uno por uno por ella, cada uno de ellos ellos podríapodría ser encontrado en los lugares de ser encontrado en los lugares de interferencia constructiva, pero no interferencia constructiva, pero no podrápodrá ser ser encontrado en los lugares de interferencia encontrado en los lugares de interferencia destructiva. destructiva.

Esto se comprueba recibiendo los fotones en Esto se comprueba recibiendo los fotones en una placa fotográfica. una placa fotográfica.


Los puntos marcados en la película Los puntos marcados en la película por los fotones trasmitidos caen, uno por los fotones trasmitidos caen, uno por uno, en los lugares de por uno, en los lugares de interferencia constructiva de la onda y interferencia constructiva de la onda y ningún punto cae en los lugares ningún punto cae en los lugares donde las interferencias anulan la donde las interferencias anulan la intensidad de la onda trasmitida. intensidad de la onda trasmitida.


Más aún, los puntos se acumulan Más aún, los puntos se acumulan más rápidamente en la banda central más rápidamente en la banda central del patrón de difracción que en las del patrón de difracción que en las laterales, indicando que los fotones laterales, indicando que los fotones prefieren llegar a los lugares donde la prefieren llegar a los lugares donde la onda electromagnética es más onda electromagnética es más intensa. intensa.


Un tren de ondas Un tren de ondas electromagnéticas electromagnéticas esféricas producido al esféricas producido al generarse un fotón por generarse un fotón por el movimiento de las el movimiento de las cargas en un átomo. cargas en un átomo.

El fotón puede El fotón puede encontrarse, completo, encontrarse, completo, en cualquier parte del en cualquier parte del tren con igual tren con igual probabilidad.probabilidad.


El experimento de El experimento de YoungYoung de la de la ranura doble comprueba esta ranura doble comprueba esta relación del fotón con la onda relación del fotón con la onda electromagnética. electromagnética.


El patrón de iluminación de la ranura El patrón de iluminación de la ranura doble difiere del de la ranura sencilla doble difiere del de la ranura sencilla fundamentalmente en las imágenes fundamentalmente en las imágenes brillantes de interferencia que aparecen al brillantes de interferencia que aparecen al centro.centro.

Necesitamos ahora explicar cómo se Necesitamos ahora explicar cómo se forman estas imágenes de interferencia forman estas imágenes de interferencia con los fotones que componen la luz que con los fotones que componen la luz que llega a la ranura doble. llega a la ranura doble.


Puesto que los fotones son indivisibles, Puesto que los fotones son indivisibles, cada fotón pasa sólo por una de ellas. cada fotón pasa sólo por una de ellas.

Si la ranura por la que no pasa un fotón no Si la ranura por la que no pasa un fotón no tuviera ningún efecto, todos los que pasan tuviera ningún efecto, todos los que pasan por una ranura producirían un patrón de por una ranura producirían un patrón de difracción independiente del producido por difracción independiente del producido por los que pasan por la otra y no habría los que pasan por la otra y no habría interferencia entre ellos. interferencia entre ellos.


Se observaría solamente la superposición Se observaría solamente la superposición de dos patrones de difracción de una de dos patrones de difracción de una ranura y las imágenes brillantes centrales ranura y las imágenes brillantes centrales de interferencia constructiva no se de interferencia constructiva no se observarían. observarían.

Las dos ranuras influyen en cada fotón Las dos ranuras influyen en cada fotón porque ambas trasmiten la onda porque ambas trasmiten la onda electromagnética asociada a cada uno de electromagnética asociada a cada uno de ellos. ellos.


Detrás de las ranuras se producen Detrás de las ranuras se producen entonces zonas de interferencia entonces zonas de interferencia constructiva donde un fotón que pase constructiva donde un fotón que pase por cualquier ranura por cualquier ranura puedepuede ser ser encontrado, y zonas de interferencia encontrado, y zonas de interferencia destructiva donde cualquier fotón destructiva donde cualquier fotón trasmitido trasmitido no puedeno puede ser encontrado. ser encontrado.


Cada fotón trasmitido tiene mayor Cada fotón trasmitido tiene mayor probabilidad de llegar a las zonas centrales probabilidad de llegar a las zonas centrales donde la intensidad de la onda trasmitida es donde la intensidad de la onda trasmitida es grande debido a la interferencia constructiva, grande debido a la interferencia constructiva, y una menor probabilidad de llegar a las y una menor probabilidad de llegar a las zonas intermedias y laterales, donde la zonas intermedias y laterales, donde la intensidad de la onda trasmitida es pequeña intensidad de la onda trasmitida es pequeña debido a la interferencia destructiva. debido a la interferencia destructiva.


Todavía se podría pensar que las Todavía se podría pensar que las imágenes centrales observadas con la imágenes centrales observadas con la ranura doble resultan de interacciones ranura doble resultan de interacciones directas entre los fotones que se directas entre los fotones que se encuentran en tránsito por las ranuras. encuentran en tránsito por las ranuras.

Los fotones, de alguna manera, alterarían Los fotones, de alguna manera, alterarían mutuamente sus movimientos mutuamente sus movimientos agrupándose en algunas regiones y agrupándose en algunas regiones y alejándose de otras. alejándose de otras.


Esta posibilidad fue eliminada en 1909 por Esta posibilidad fue eliminada en 1909 por el físico inglés el físico inglés G. I. TaylorG. I. Taylor, quien realizó , quien realizó el experimento de la ranura doble de el experimento de la ranura doble de YoungYoung con fuentes luminosas con fuentes luminosas extraordinariamente débiles, de manera extraordinariamente débiles, de manera que los fotones pasaban uno a uno por la que los fotones pasaban uno a uno por la ranura doble y no existía posibilidad de ranura doble y no existía posibilidad de que se influyeran mutuamente en sus que se influyeran mutuamente en sus movimientos. movimientos.


Los fotones trasmitidos eran recibidos en la Los fotones trasmitidos eran recibidos en la película de una cámara fotográfica imprimiendo película de una cámara fotográfica imprimiendo cada uno un punto en el sitio de su llegada. cada uno un punto en el sitio de su llegada.

Acumulando puntos durante tiempos muy Acumulando puntos durante tiempos muy largos, en ocasiones durante varias semanas, largos, en ocasiones durante varias semanas, se encontró que siempre forman las mismas se encontró que siempre forman las mismas imágenes de interferencia que se observan con imágenes de interferencia que se observan con fuentes de luz más intensas. fuentes de luz más intensas.


Esto demostró que las imágenes no Esto demostró que las imágenes no pueden resultar de influencias pueden resultar de influencias mutuas entre los fotones y apoya la mutuas entre los fotones y apoya la hipótesis de que cada fotón trasmitido hipótesis de que cada fotón trasmitido puedepuede llegar a cualquier lugar donde llegar a cualquier lugar donde la intensidad de la onda no se anule. la intensidad de la onda no se anule.


Los fotones, desde luego, llegan Los fotones, desde luego, llegan con mayor probabilidad a las con mayor probabilidad a las zonas donde la intensidad de la zonas donde la intensidad de la onda electromagnética trasmitida onda electromagnética trasmitida es grande y no llegan a las zonas es grande y no llegan a las zonas donde esta intensidad se anula donde esta intensidad se anula por interferencias destructivas. por interferencias destructivas.


Para atrapar un fotón conviene, Para atrapar un fotón conviene, pues, buscarlo en las zonas de pues, buscarlo en las zonas de mayor intensidad de la onda mayor intensidad de la onda electromagnética. electromagnética.


Por ejemplo, para atraparlo después de Por ejemplo, para atraparlo después de pasar por una ranura doble, podemos pasar por una ranura doble, podemos hacer un diagrama de Young de las ondas hacer un diagrama de Young de las ondas trasmitidas por las ranuras, y localizar las trasmitidas por las ranuras, y localizar las zonas donde interfieren constructivamente; zonas donde interfieren constructivamente; éstas son las regiones más oscuras que se éstas son las regiones más oscuras que se ven mirando el diagrama en un ángulo ven mirando el diagrama en un ángulo oblicuo desde el lado derecho hacia el oblicuo desde el lado derecho hacia el izquierdo de la figura. izquierdo de la figura.


Diagrama deDiagrama de Young Young para para encontrar las zonas de encontrar las zonas de interferencia constructiva de las interferencia constructiva de las ondas transmitidas por dos ondas transmitidas por dos ranuras. ranuras.

Éstas son las regiones oscuras Éstas son las regiones oscuras que se notan viendo el que se notan viendo el diagrama oblicuamente desde diagrama oblicuamente desde el extremo derecho hacia el el extremo derecho hacia el izquierdo. izquierdo.

Un fotón de la luz transmitida Un fotón de la luz transmitida por las ranuras puede llegar, por las ranuras puede llegar, con gran probabilidad, a con gran probabilidad, a cualquiera de esas zonas.cualquiera de esas zonas.


Un fotón trasmitido por cualquiera de las Un fotón trasmitido por cualquiera de las ranuras puede ser atrapado, con gran ranuras puede ser atrapado, con gran probabilidad, en cualquiera de estas probabilidad, en cualquiera de estas zonas. zonas.

No es posible, sin embargo, saber No es posible, sin embargo, saber anticipadamente en cuál será encontrado; anticipadamente en cuál será encontrado; puede llegar a cualquiera de ellas con la puede llegar a cualquiera de ellas con la misma probabilidad. misma probabilidad.

Tampoco es posible asegurar, una vez Tampoco es posible asegurar, una vez atrapado el fotón, por cuál de las dos atrapado el fotón, por cuál de las dos ranuras fue trasmitido; pudo ser ranuras fue trasmitido; pudo ser cualquiera de las dos con la misma cualquiera de las dos con la misma

probabilidad.probabilidad.


Este ejemplo muestra que generalmente Este ejemplo muestra que generalmente no es sencillo saber dónde ocurren las no es sencillo saber dónde ocurren las zonas de interferencia constructiva de zonas de interferencia constructiva de ondas que encuentran obstáculos porque ondas que encuentran obstáculos porque las ondas trasmitidas, o reflejadas, se las ondas trasmitidas, o reflejadas, se combinan en el espacio creando zonas de combinan en el espacio creando zonas de interferencia de formas complicadas. interferencia de formas complicadas.


El ejemplo de la ranura doble es de El ejemplo de la ranura doble es de los más sencillos y requiere de trazar los más sencillos y requiere de trazar un esquema a escala de la posición un esquema a escala de la posición de las ranuras, y muchos de las ranuras, y muchos semicírculos concéntricos semicírculos concéntricos equidistantes que representan las equidistantes que representan las ondas trasmitidas por las ranuras. ondas trasmitidas por las ranuras.


Las zonas de interferencia constructiva de Las zonas de interferencia constructiva de ondas trasmitidas por dos o más ranuras ondas trasmitidas por dos o más ranuras se pueden encontrar más fácilmente se pueden encontrar más fácilmente trazando los juegos de semicírculos trazando los juegos de semicírculos equidistantes correspondientes a cada equidistantes correspondientes a cada ranura, en hojas de plástico transparentes ranura, en hojas de plástico transparentes como las mostradas en la figura siguiente. como las mostradas en la figura siguiente.


Diagrama de Young para Diagrama de Young para dos ranuras, construido dos ranuras, construido con láminas de plástico con láminas de plástico transparente sobrepuestas transparente sobrepuestas en un papel blanco. en un papel blanco.

En cada lámina se En cada lámina se representa la onda representa la onda esférica propagada desde esférica propagada desde una ranura con una serie una ranura con una serie de semicírculos de semicírculos equidistantes. equidistantes.

Cambiando la separación Cambiando la separación de los centros de las de los centros de las láminas se observa cómo láminas se observa cómo cambian las zonas de cambian las zonas de interferencia constructiva interferencia constructiva de las ondas transmitidas.de las ondas transmitidas.


Por ejemplo, las zonas creadas por Por ejemplo, las zonas creadas por una ranura doble se observan una ranura doble se observan sobreponiendo dos de estas hojas en sobreponiendo dos de estas hojas en un papel blanco de manera que las un papel blanco de manera que las bases de los semicírculos queden bases de los semicírculos queden sobre una misma recta con los sobre una misma recta con los centros ligeramente separados. centros ligeramente separados.


Las zonas de interferencia constructiva de las Las zonas de interferencia constructiva de las ondas trasmitidas están representadas, como ondas trasmitidas están representadas, como antes, por las regiones oscuras que se forman antes, por las regiones oscuras que se forman en las intersecciones de los semicírculos. en las intersecciones de los semicírculos.

Cambiando la separación entre los centros de Cambiando la separación entre los centros de los dos juegos de semicírculos se puede ver los dos juegos de semicírculos se puede ver cómo cambian las regiones de interferencia cómo cambian las regiones de interferencia constructiva al cambiar la distancia entre las constructiva al cambiar la distancia entre las ranuras. ranuras.


Este método se puede emplear Este método se puede emplear también para más de dos ranuras, también para más de dos ranuras, sobreponiendo más láminas; o para sobreponiendo más láminas; o para ranuras que no se encuentren sobre ranuras que no se encuentren sobre el mismo plano, colocando las bases el mismo plano, colocando las bases de los semicírculos sobre rectas que de los semicírculos sobre rectas que formen un ángulo igual al de los formen un ángulo igual al de los planos de las ranuras.planos de las ranuras.

EL FOTÓNEL FOTÓNPodríamos afirmar que "la luz está hecha Podríamos afirmar que "la luz está hecha

de fotones" con buenas probabilidades de de fotones" con buenas probabilidades de que entendamos lo mismo con la palabra que entendamos lo mismo con la palabra "fotones". "fotones".

A continuación resumiremos sus A continuación resumiremos sus principales propiedades físicas. principales propiedades físicas.

EL FOTÓNEL FOTÓNEl fotón es una partícula indivisible que se El fotón es una partícula indivisible que se

mueve, siempre, a la velocidad de la luz. mueve, siempre, a la velocidad de la luz. Ésta es la máxima velocidad de propagación Ésta es la máxima velocidad de propagación

posible en el Universo. posible en el Universo. Ningún cuerpo material puede alcanzarla Ningún cuerpo material puede alcanzarla

porque la resistencia de la materia a ser porque la resistencia de la materia a ser acelerada, su inercia, aumenta con la acelerada, su inercia, aumenta con la velocidad, y se hace infinita a la velocidad de velocidad, y se hace infinita a la velocidad de la luz. la luz.

EL FOTÓNEL FOTÓN

Para alcanzar esta velocidad sería Para alcanzar esta velocidad sería necesario aplicar a ese cuerpo una necesario aplicar a ese cuerpo una fuerza de magnitud infinita, que fuerza de magnitud infinita, que no hay en la naturaleza. no hay en la naturaleza.

EL FOTÓNEL FOTÓNEl fotón se mueve a la velocidad de la luz El fotón se mueve a la velocidad de la luz

porque no es una partícula material; su masa es porque no es una partícula material; su masa es nula. nula.

Esto tiene la consecuencia adicional de que su Esto tiene la consecuencia adicional de que su velocidad no puede ser disminuida; esto es, los velocidad no puede ser disminuida; esto es, los fotones no pueden ser frenados, existen sólo fotones no pueden ser frenados, existen sólo en movimiento a la velocidad de la luz.en movimiento a la velocidad de la luz.

EL FOTÓNEL FOTÓN

Como además nosotros no podemos Como además nosotros no podemos movernos a esa velocidad es movernos a esa velocidad es imposible detener, o alcanzar, un imposible detener, o alcanzar, un fotón para examinarlo. fotón para examinarlo.

EL FOTÓNEL FOTÓNNo tiene siquiera sentido imaginarle un No tiene siquiera sentido imaginarle un

aspecto físico; si es redondo y con costuras aspecto físico; si es redondo y con costuras como pelota de beisbol, o liso, blanco y con un como pelota de beisbol, o liso, blanco y con un punto negro como bola de billar. punto negro como bola de billar.

Los puntos que aparecen en las fotos de baja Los puntos que aparecen en las fotos de baja exposición no son fotones, sino las huellas que exposición no son fotones, sino las huellas que éstos dejan al transformar en plata metálica los éstos dejan al transformar en plata metálica los cristales de sales de este metal que los cristales de sales de este metal que los absorben. absorben.

EL FOTÓNEL FOTÓN La posibilidad de que existieran partículas La posibilidad de que existieran partículas

sin masa moviéndose a la velocidad de la sin masa moviéndose a la velocidad de la luz fue anticipada por Einstein en la teoría luz fue anticipada por Einstein en la teoría de la relatividad. de la relatividad.

Por esto se llaman "partículas relativistas". Por esto se llaman "partículas relativistas". Existen otras partículas relativistas con Existen otras partículas relativistas con

propiedades diferentes a las del fotón. propiedades diferentes a las del fotón. Los neutrinos, por ejemplo, no son visibles Los neutrinos, por ejemplo, no son visibles

por el ojo humano. por el ojo humano.

EL FOTÓNEL FOTÓNLos fotones son producidos por Los fotones son producidos por

cargas eléctricas en movimiento. cargas eléctricas en movimiento. Las cargas eléctricas producen Las cargas eléctricas producen

simultáneamente fuerzas simultáneamente fuerzas eléctricas y magnéticas que se eléctricas y magnéticas que se propagan en el espacio a la propagan en el espacio a la velocidad de la luz como ondas velocidad de la luz como ondas electromagnéticas. electromagnéticas.

EL FOTÓNEL FOTÓNLos fotones se mueven en direcciones Los fotones se mueven en direcciones

precisas, pero se les encuentra sólo en precisas, pero se les encuentra sólo en los lugares donde ocurren las ondas de los lugares donde ocurren las ondas de fuerzas eléctricas y magnéticas fuerzas eléctricas y magnéticas generadas por las cargas. generadas por las cargas.

Se puede encontrar un fotón, todo Se puede encontrar un fotón, todo completo, en cualquier lugar donde esas completo, en cualquier lugar donde esas fuerzas existan; más probablemente en fuerzas existan; más probablemente en aquellos lugares donde esas fuerzas son aquellos lugares donde esas fuerzas son mayores. mayores.

EL FOTÓNEL FOTÓNComo las fuerzas electromagnéticas se Como las fuerzas electromagnéticas se

propagan en forma de ondas, el fotón propagan en forma de ondas, el fotón podrá ser encontrado con mayor podrá ser encontrado con mayor probabilidad en lugares de interferencia probabilidad en lugares de interferencia constructiva de estas ondas y con menor o constructiva de estas ondas y con menor o nula probabilidad en aquellos de nula probabilidad en aquellos de interferencia destructiva. interferencia destructiva.

EL FOTÓNEL FOTÓNEsto, en algunos fenómenos como la Esto, en algunos fenómenos como la

difracción, hace que su movimiento se difracción, hace que su movimiento se confunda con el de una onda, pero el confunda con el de una onda, pero el fotón siempre se manifiesta como una fotón siempre se manifiesta como una unidad indivisible y nunca en fracciones, unidad indivisible y nunca en fracciones, ni repartido sobre la región ocupada por ni repartido sobre la región ocupada por la onda electromagnética. la onda electromagnética.

EL FOTÓNEL FOTÓN

Los fotones se manifiestan como partículas, ya que concentran sus energías, sus movimientos y sus efectos en regiones definidas y separadas.

EL FOTÓNEL FOTÓN

En una fotografía producen marcas En una fotografía producen marcas localizadas como si la energía de localizadas como si la energía de cada fotón, que transforma los cada fotón, que transforma los cristales de la emulsión fotográfica cristales de la emulsión fotográfica estuviera concentrada en un pequeño estuviera concentrada en un pequeño paquete. paquete.

EL FOTÓNEL FOTÓNDe hecho, el primer paso de esta De hecho, el primer paso de esta

transformación es un choque entre un transformación es un choque entre un fotón y una partícula de carga eléctrica fotón y una partícula de carga eléctrica del cristal, un electrón, que se desprende del cristal, un electrón, que se desprende de éste a consecuencia del impacto como de éste a consecuencia del impacto como si se tratara del choque de dos canicas.si se tratara del choque de dos canicas.

EL FOTÓNEL FOTÓN

Este fenómeno, llamado "efecto fotoeléctrico", encuentra un Este fenómeno, llamado "efecto fotoeléctrico", encuentra un gran empleo en la producción de corriente eléctrica por medio gran empleo en la producción de corriente eléctrica por medio de luz en las llamadas "celdas fotoeléctricas". de luz en las llamadas "celdas fotoeléctricas".

EL FOTÓNEL FOTÓN

Los fotones de un haz luminoso arrancan cargas Los fotones de un haz luminoso arrancan cargas eléctricas de un metal —electrones— al chocar eléctricas de un metal —electrones— al chocar con éstos, comunicándoles movimiento y energía con éstos, comunicándoles movimiento y energía como si se tratara de colisiones entre canicas. como si se tratara de colisiones entre canicas.

Este fenómeno, llamado efecto fotoeléctrico, es la Este fenómeno, llamado efecto fotoeléctrico, es la primera etapa del proceso fotográfico, el fotón primera etapa del proceso fotográfico, el fotón arranca un electrón a un cristal de la sal de plata arranca un electrón a un cristal de la sal de plata de la emulsión fotográfica.de la emulsión fotográfica.

EL FOTÓNEL FOTÓN Observando las trayectorias de los Observando las trayectorias de los

electrones que chocan con fotones se electrones que chocan con fotones se encuentra que estos choques ocurren encuentra que estos choques ocurren exactamente como si electrón y fotón exactamente como si electrón y fotón fueran dos bolas de billar; esto es, los fueran dos bolas de billar; esto es, los ángulos de las trayectorias y las energías ángulos de las trayectorias y las energías de las dos partículas antes y después del de las dos partículas antes y después del choque son idénticas a las que tendrían choque son idénticas a las que tendrían dos bolas de billar microscópicas con las dos bolas de billar microscópicas con las mismas energías. mismas energías.

EL FOTÓNEL FOTÓN Este fenómeno, llamado Este fenómeno, llamado efecto Comptonefecto Compton, es el que , es el que

mejor muestra al fotón como partícula en el sentido mejor muestra al fotón como partícula en el sentido de una canica o de una bola de billar. de una canica o de una bola de billar.

EL FOTÓNEL FOTÓN

Las trayectorias que siguen un electrón y un fotón que Las trayectorias que siguen un electrón y un fotón que chocan son idénticas a las que seguirían dos bolas de chocan son idénticas a las que seguirían dos bolas de billar microscópicas que tuvieran sus mismas billar microscópicas que tuvieran sus mismas energías. En este fenómeno, llamado efecto Compton, energías. En este fenómeno, llamado efecto Compton, la luz muestra claramente su aspecto corpuscular.la luz muestra claramente su aspecto corpuscular.

EL FOTÓNEL FOTÓNExtrañas propiedades mecánicas Extrañas propiedades mecánicas

las de los fotones. las de los fotones.

EL FOTÓNEL FOTÓN

En algunos casos son muy En algunos casos son muy parecidos a las pelotas de parecidos a las pelotas de beisbol o a las bolas de billar, beisbol o a las bolas de billar, pero en otros son muy pero en otros son muy diferentes. diferentes.

EL FOTÓNEL FOTÓNSi intentamos confinar el camino Si intentamos confinar el camino

de un fotón por medio de una de un fotón por medio de una ranura delgada encontramos que ranura delgada encontramos que los posibles caminos que puede los posibles caminos que puede seguir después de pasar por ella seguir después de pasar por ella se multiplican y podemos se multiplican y podemos encontrarlo en muchas partes al encontrarlo en muchas partes al otro lado de la ranura. otro lado de la ranura.

EL FOTÓNEL FOTÓNEsto se debe a que los fotones son creados Esto se debe a que los fotones son creados

siempre con ondas electromagnéticas y pueden siempre con ondas electromagnéticas y pueden encontrarse en cualquier lugar a donde éstas encontrarse en cualquier lugar a donde éstas lleguen. lleguen.

Si las ondas se difractan en una ranura, cada Si las ondas se difractan en una ranura, cada fotón puede llegar a cualquier parte del patrón fotón puede llegar a cualquier parte del patrón de difracción de las ondas. de difracción de las ondas.

EL FOTÓNEL FOTÓNNo existen fotones sin ondas porque No existen fotones sin ondas porque

la naturaleza misma de la luz es la naturaleza misma de la luz es dual; tiene aspectos corpusculares y dual; tiene aspectos corpusculares y ondulatorios simultáneamente y, ondulatorios simultáneamente y, aunque depende de lo que se haga aunque depende de lo que se haga con la luz cuál de los dos tipos de con la luz cuál de los dos tipos de propiedad se hace aparente, siempre propiedad se hace aparente, siempre se mostrará el otro aspecto de se mostrará el otro aspecto de alguna forma. alguna forma.

EL FOTÓNEL FOTÓNPor ejemplo, para describir las colisiones Por ejemplo, para describir las colisiones

de fotones el aspecto ondulatorio se de fotones el aspecto ondulatorio se muestra y se hace necesario al expresar muestra y se hace necesario al expresar la energía del fotón, puesto que ésta la energía del fotón, puesto que ésta comprende inevitablemente la comprende inevitablemente la frecuencia de una onda. frecuencia de una onda.

Los aspectos corpusculares y Los aspectos corpusculares y ondulatorios son, de hecho, ondulatorios son, de hecho, complementarios.complementarios.

EL FOTÓNEL FOTÓN

La teoría moderna de la luz La teoría moderna de la luz da precisión a esta da precisión a esta complementariedad al hacer complementariedad al hacer los dos aspectos inseparables los dos aspectos inseparables en la descripción matemática en la descripción matemática de la radiación por cargas de la radiación por cargas eléctricas. eléctricas.

EL FOTÓNEL FOTÓN Las descripciones y predicciones de Las descripciones y predicciones de

fenómenos luminosos obtenidos con esta fenómenos luminosos obtenidos con esta teoría se ajustan asombrosamente bien a teoría se ajustan asombrosamente bien a los hechos experimentales, y apoyan las los hechos experimentales, y apoyan las ideas básicas anteriores. ideas básicas anteriores.

Posiblemente algún día se encuentre un Posiblemente algún día se encuentre un fenómeno que destruya o modifique estas fenómeno que destruya o modifique estas ideas sobre la luz y los fotones, pero hasta ideas sobre la luz y los fotones, pero hasta ahora han resistido todas las pruebas. ahora han resistido todas las pruebas.

EL FOTÓNEL FOTÓN

Es interesante notar Es interesante notar también que las primeras también que las primeras ideas básicas sobre la luz ideas básicas sobre la luz no fueron nunca realmente no fueron nunca realmente abandonadas. abandonadas.

EL FOTÓNEL FOTÓN

La propagación rectilínea La propagación rectilínea fue siempre un apoyo de la fue siempre un apoyo de la teoría corpuscular, y la teoría corpuscular, y la difracción lo fue de la difracción lo fue de la teoría ondulatoria. teoría ondulatoria.

EL FOTÓNEL FOTÓN

Las ondas Las ondas electromagnéticas no son electromagnéticas no son la luz, pero describen la luz, pero describen correctamente su correctamente su propagación en el espacio. propagación en el espacio.

EL FOTÓNEL FOTÓN

En cierto sentido, la En cierto sentido, la distinción entre ondas distinción entre ondas electromagnéticas y fotones electromagnéticas y fotones es el análogo contemporáneo es el análogo contemporáneo de la distinción que, en de la distinción que, en tiempos remotos, hizo tiempos remotos, hizo AlhazánAlhazán entre vista y luz. entre vista y luz.

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ATRAPAR UN FOTÓN