Aunque la teoría electromagnética de la luz...
..explica todos los fenómenos luminosos que tienen lugar...
..entre la fuente y el detector,
no logra poner en claro...
..los procesos de emisión y absorción de la luz por la materia,
que son el fundamento...
..de cómo se produce la luz y de cómo es detectada por el ojo.
El primer paso lo da Fraunhofer en 1814.
Al observar cuidadosamente el espectro solar...
..se percata de que en él existen unas cuantas líneas oscuras.
La interpretación de las mismas...
..es proporcionada por Bunsen y Kirchhoff 50 años después:
"La luz del espectro continuo emitida por el núcleo del Sol,
al atravesar los gases más fríos de su atmósfera pierde, por absorción,
justo aquellas longitudes de onda en que dichos gases emiten".
Este descubrimiento constituye el principio del análisis espectral,
basado en el hecho de que cada elemento químico gaseoso...
..posee un espectro de líneas característico.
Con este espectroscopio podemos observar,
mirando a través de la red de difracción,
el espectro continuo de una vela,
o el de una bombilla,
que también es continuo como el de la vela y el del Sol,
o el de esta lámpara fluorescente, que ya no es continuo,
si no discreto, como el de un tubo de descarga de hidrógeno,
en el que se ven nítidamente...
..las líneas de emisión de la serie de Balmer.
Corresponden a colores muy puros.
A finales del siglo XIX y principios del XX...
..se ve de manera clara que la Física clásica...
..resulta inadecuada para la descripción de los procesos atómicos.
Los trabajos de Planck, Bohr y Einstein abren un nuevo campo,
la Física Cuántica,
que Heisenberg, Bohr, de Broglie, Srhrödinger y Dirac desarrollan.
Por medio de esta teoría se ha obtenido un conocimiento muy profundo
..de la estructura de átomos y moléculas,
y ha influido fuertemente en el concepto actual...
..sobre la naturaleza de la luz.
La historia comienza cuando en el año 1900 el físico alemán Max Planck...
..introduce una hipótesis revolucionaria...
..para interpretar la curva de emisión luminosa del cuerpo negro.
El Sol y las estrellas,
los filamentos incandescentes de las bombillas, el hierro candente, etc.,
tienen una curva de emisión muy parecida...
..a la del modelo ideal del cuerpo negro.
Cada color emite una cantidad de energía luminosa distinta.
La curva tiene un máximo que depende de la temperatura del cuerpo emisor.
Por ejemplo, el filamento de una bombilla encendida...
..se encuentra a 3.000 K,
y su máximo de emisión aparece en la zona infrarroja;
el Sol emite a 6.000 K y su máximo corresponde al amarillo.
Hay estrellas rojas, las más viejas, que emiten a 4.500 K,
y azules, las más jóvenes, a 10.000 K.
Para explicar esta importantísima curva de emisión,
Planck hace la hipótesis...
..de que la energía luminosa emitida en cada color -cada frecuencia-...
..es un múltiplo entero de lo que él denomina "quanto de luz".
La energía de un quanto...
..es el producto de la constante "h" de Planck...
..por la frecuencia "v" del color.
Los físicos no aceptan totalmente la hipótesis de Planck...
..más que después de los trabajos de Einstein y Bohr.
Basándose en las ideas de Planck,
Einstein restablece la teoría corpuscular de la luz...
..bajo una nueva forma.
Para él, los quantos energéticos son verdaderos corpúsculos de luz,
a los que bautiza con el nombre de "fotones".
Con ellos interpreta de manera magistral el efecto fotoeléctrico,
descubierto por Hertz a finales del siglo XIX.
Cuando la luz llega a una superficie metálica arranca electrones de ella,
produciendo corriente eléctrica.
Pero esto no sucede siempre.
Existe una frecuencia umbral por debajo de la cual...
..el efecto fotoeléctrico no se produce,
aunque la intensidad luminosa del foco aumente mucho.
Por encima de dicha frecuencia cada fotón arranca un electrón.
Parte de la energía "hv" se emplea en arrancarlo
-trabajo de extracción F-,
y parte en comunicarle una determinada velocidad
-energía cinética "E(c)"-.
Esta energía cinética...
..es directamente proporcional a la frecuencia "v" del fotón,
y aunque hagamos aumentar la intensidad de la radiación luminosa,
no aumenta la velocidad de los electrones que arranca,
como cabría esperar en la teoría ondulatoria,
si no que lo que aumenta es el número de éstos,
como se deduce de la teoría corpuscular de Einstein.
Estas ideas sobre la naturaleza corpuscular de la luz,
que resucita Einstein en 1.905...
..enlazando con Newton, Demócrito y Platón,
le permiten en 1916 sentar las bases de lo que hoy se conoce...
..como emisión láser.
Cuando un fotón llega a un átomo y su energía "hv" coincide...
..con la diferencia "E(2)-E(1)" entre dos de sus niveles,
es absorbido totalmente y el átomo pasa a un estado excitado.
Así es como el ojo detecta la luz que le llega.
Si el átomo se encuentra en un estado excitado, de manera espontánea...
..desciende al nivel inferior, emitiendo un fotón.
Es así como se produce la luz.
Einstein, con objeto de interpretar la curva del cuerpo negro de Planck,
introduce la emisión estimulada.
Cuando un fotón choca con un átomo excitado,
éste último puede desexcitarse, emitiendo otro fotón idéntico.
Este proceso de amplificación de la luz -llega un fotón y salen dos-
no puede ser interpretado en la teoría clásica,
y constituye el mayor hallazgo de los últimos tiempos...
..en lo que se refiere a su naturaleza.
El número de observaciones...
..que confirman este carácter corpuscular de la luz...
..ha ido creciendo de año en año,
extendiéndose a otros tipos de radiaciones electromagnéticas,
tales como los Rayos X, G...
Esto ha dado lugar a que se reconozca la validez...
..tanto de la teoría ondulatoria como de la corpuscular.
El desarrollo de la Teoría Cuántica...
..ha conducido al esclarecimiento parcial de esta situación,
de manera que hoy podemos decir...
..que la luz se produce en los átomos en forma de fotones -corpúsculos-,
se propaga en forma de ondas,
y es detectada por el ojo u otros detectores en forma de corpúsculos.
El doble carácter ondulatorio y corpuscular...
..no es exclusivo de la luz.
Partículas atómicas, tales como electrones y neutrones,
producen efectos de difracción igual que las ondas.
En 1924 Louis de Broglie atribuye a cada partícula de masa "m"...
..que se mueve con una velocidad "v"...
..una onda asociada, cuya longitud de onda ?,
es igual a la constante de Planck...
..dividida por el producto de su masa por su velocidad.
Esto ha permitido desarrollar técnicas difraccionales,
tales como la microscopía electrónica,
que han influido enormemente en el desarrollo de la Ciencia.
Esta paradoja sobre la dualidad onda-corpúsculo...
..que se presenta en la luz y en el mundo atómico y núclear,
proviene -según señala Heisenberg hacia 1930-,
de que en los experimentos que realizamos...
..siempre interviene un número muy elevado de partículas atómicas.
Las conclusiones que podemos sacar desde el punto de vista individual...
..pueden ser contradictorias:
unas veces parecen comportarse como si fueran partículas,
y otras como si fueran ondas.
Debemos tomar las dos teorías...
..como meras representaciones de la realidad, más o menos convenientes...
..en función del experimento que se quiera explicar.
"La luz y la materia son entidades físicas simples;
su aparente dualidad es fruto de lo insuficiente de nuestro lenguaje".