La luz ha sido considerada a lo largo de la historia...
..unas veces como una onda y otras como un corpúsculo.
850 años antes de nuestra era,
Homero recoge las creencias populares en "La Ilíada" y "La Odisea".
"Los ojos de los seres vivos proyectan rayos de fuego sutil,
y la visión se produce por el encuentro de ese fuego interior...
..con la luz exterior".
"Todo lo que irradia luz en el Universo...
está dotado de la facultad de ver; así ocurre en particular con el Sol".
Estas dos ideas permiten a Empédocles...
..enunciar la primera teoría sobre la luz,
basada en la concepción filosófica dual de los fenómenos.
Según él, los ojos y los objetos emiten efluvios de fuego.
"En la fase cósmica del amor,
los efluvios van de los objetos a los ojos".
"En la fase cósmica del odio,
los efluvios van de los ojos a los objetos".
Años más tarde, Demócrito y Platón...
..formulan las primeras teorías granulares sobre la luz:
"Los efluvios son chorros de partículas...
..que viajan a velocidad finita...
..y el ojo las percibe como un flujo continuo".
Para Demócrito, las partículas están vacías,
presentan diferentes formas y orientaciones...
..y se asocian entre ellas para formar los colores.
Para Platón, son tetraedros macizos...
..y los colores se producen porque tienen diferentes tamaños...
..y viajan a distintas velocidades.
Medio siglo más tarde, Aristóteles formula la primera teoría dinámica.
Para él, la sensación visual se produce...
..porque los efluvios modifican las cualidades del medio:
"La luz es la acción del medio transparente...
..cuando ha recibido un impulso por el fuego".
Esta acción se propaga de manera instantánea.
Estas dos concepciones han llegado hasta nuestros días...
..con sucesivas modificaciones:
teorías corpusculares de Newton y Einstein...
..y teorías ondulatorias de Huygens, Fresnel y Maxwell.
Los tratados de Óptica de Euclides y de Ptolomeo...
..perfilan las leyes de la Óptica Geométrica...
..que se establecerán definitivamente en el siglo XVIII.
Para Euclides, los ojos emiten rayos luminosos rectilíneos...
..formando conos de apertura discontinua.
Así introduce los conceptos de perspectiva y de agudeza visual.
Para Ptolomeo, los conos son de apertura continua,
lo que permite al observador...
..percibir la distancia a la que se encuentra el objeto.
Además, estudia la refracción atmosférica...
..y señala los errores de observación en la posición de las estrellas.
Es suya la primera referencia al principio según el cual...
..la luz para pasar de un punto a otro...
..invierte siempre el menor tiempo posible.
Fermat, quince siglos más tarde,
utilizará este principio para interpretar los espejismos.
Desde Ptolomeo hasta la época de Descartes y Newton,
los avances en el conocimiento de la naturaleza de la luz...
..se deben principalmente a los grandes pensadores del mundo árabe.
Entre ellos destacan Al-Hazen y Al-Farisi.
El primero ejerce una gran influencia en los científicos de la Edad Media..
..a través de su Tratado de Óptica.
En él establece que los rayos van desde el objeto hasta el ojo...
..y hace una descripción minuciosa de su fisiología.
Introduce el concepto de visión binocular...
..y trata de explicar los espejismos,
los halos,
el arco iris...
..y el ensanchamiento del Sol en el horizonte.
Al-Hazen estudia los espejos esféricos y parabólicos y las lentes,
y pone de manifiesto la aberración esférica.
En cuanto a las leyes fundamentales de la Óptica,
descubre que el ángulo de incidencia y el de refracción...
..no son estrictamente proporcionales.
Nos vamos aproximando a la ley de Snell,
que establece la relación matemática entre ambos.
Tres siglos más tarde,
Al-Farisi actualiza y comenta con detalle la obra de Al-Hazen.
Elabora además una teoría sobre el arco iris,
y en sus estudios acerca de la refracción...
..hace una conjetura importante sobre la velocidad de la luz:
"La velocidad de la luz es inversamente proporcional...
..a la densidad óptica de los medios que atraviesa"
Al-Farisi puede ser considerado...
..como el precursor del concepto de índice de refracción.
La óptica matemática moderna comienza en 1637,
cuando Descartes publica el Discurso del Método.
En él se incluyen los Tratados de la Dióptrica,
los Meteoros y la Geometría.
"Son ensayos de mi Método,
ideado para guiar a la razón y buscar la verdad en las Ciencias"
En su Dióptrica aparece por primera vez...
..la famosa ley de la refracción de la luz,
establecida experimentalmente por Snell unos años antes.
Por la importancia que dicha ley ha tenido en el desarrollo de la Óptica,
vamos a reproducirla en el laboratorio.
En el experimento utilizamos un láser de helio-neón...
..y una cubeta cilíndrica de plástico transparente...
..llena de agua hasta la mitad.
Se aprecian con claridad los rayos incidente, reflejado y refractado.
Todos estos rayos están en un mismo plano,
que contiene a la normal a la superficie del agua,
se denomina plano de incidencia.
El ángulo de incidencia y el de reflexión son siempre iguales,
sin embargo el ángulo de refracción es diferente del de incidencia,
la luz se tuerce al entrar en el agua.
El seno del ángulo de incidencia...
..es igual a "n" veces el seno del ángulo de refracción,
donde "n" es el índice de refracción del agua respecto al aire.
Con ayuda de estas leyes, Descartes explica el fenómeno del arco iris.
El láser simula un rayo de Sol que incide sobre una gota de lluvia,
representada aquí por un vaso de precipitado lleno de agua.
Parte de la luz incidente se refleja perdiéndose en el cielo,
parte atraviesa la gota, se refracta dos veces...
..y sale de ella hacia la parte de atrás de la cortina de lluvia.
Una pequeña cantidad de la luz que penetra en la gota...
..se refleja en su interior y vuelve hacia el observador;
éstos son los rayos responsables del arco iris.
Desplazando la cubeta...
..reproducimos todos los ángulos de incidencia sobre las gotas de lluvia.
Después de una sola reflexión en el interior...
..el rayo sufre un cambio en su dirección,
que puede ser de 180º, de 160º, hasta alcanzar un mínimo de 138º.
A partir de aquí, la desviación vuelve a aumentar.
Al concentrarse la intensidad de la luz...
..que sale de la gota en una dirección determinada,
se produce el fenómeno del arco iris.
"El arco iris es una maravilla de la naturaleza tan notable,
que yo no habría sabido escoger un ejemplo mejor...
..para la aplicación de mi método".
A mediados del siglo XVII se produce una serie de descubrimientos...
..que influyen en las teorías sobre la naturaleza de la luz.
El físico italiano Francesco María de Grimaldi,
al observar la luz que atraviesa una pequeña abertura,
se da cuenta de que la transición hacía la sombra...
..es progresiva y no brutal, como tendría que ser...
..si la propagación de la luz fuera rectilínea.
"Existe un cuarto modo de propagación de la luz,
la propagación por difracción,
distinta de los tres modos conocidos hasta ahora:
propagación directa, reflexión y refracción".
Esta manera de tratar la difracción es muy similar a la actual,
establecida por Sommerfeld a finales del siglo XIX.
"La difracción es toda desviación...
..de los rayos luminosos a su trayectoria rectilínea,
que no pueda ser explicada por una reflexión, ni por una refracción".
Con objeto de interpretar el nuevo fenómeno,
Grimaldi se inclina por una teoría dinámica de la luz.
Es el astrónomo y matemático inglés Hooke...
..el primero que adopta un punto de vista ondulatorio,
según el cual la luz consiste...
..en rápidas vibraciones que se propagan a gran velocidad.
Las vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación.
Por aquella época, Bartholinus descubre la doble refracción.
Y Huygens la polarización de la luz.
Roemer, utilizando las observaciones del astrónomo Cassini..
..sobre los periodos de los satélites de Júpiter,
mide por primera vez la velocidad de la luz.
Hacia finales del siglo XVII,
Christian Huygens publica su Tratado de la Luz.
La describe como un movimiento de la materia...
..que se encuentra entre nosotros y el cuerpo luminoso,
piensa que es análoga al sonido,
y que por lo tanto, necesita de un medio material para propagarse.
El principio de la propagación consiste en suponer...
..que todo punto del medio al que llega una perturbación luminosa,
puede ser considerado como la fuente de una nueva perturbación...
..que se propaga en forma de ondas esféricas.
Estas ondas secundarias se combinan de tal manera...
que su envolvente determina el frente de onda en todo instante posterior.
Con este principio, Huygens explica perfectamente...
..las leyes de la reflexión y la refracción de la luz,
y elimina el error conceptual de la propagación instantánea,
que aparecía en las anteriores teorías dinámicas.
"Si la luz emplea tiempo para su movimiento -como sugiere Roemer-,
se deduce que ese movimiento comunicado a la materia es sucesivo,
y por consiguiente se extiende como el del sonido...
..por superficies y ondas esféricas".
De la teoría de Huygens se deduce la importantísima consecuencia...
..de que la luz viaja más deprisa en el aire que en el agua,
como ya había indicado Al-Farisi tres siglos antes.
Fermat proporciona un apoyo a esta teoría...
..enunciando su famoso principio del tiempo mínimo:
"La naturaleza actúa siempre por el camino más rápido"
Este principio explica la ley de la refracción,
siempre que la velocidad de la luz en el agua sea menor que en el aire.
Permite también entender los espejismos,
el ensanchamiento del Sol en el horizonte...
.. y, en general, las trayectorias curvilíneas de los rayos de luz.
En la cubeta tenemos agua azucarada,
con una concentración que aumenta cuando disminuye la altura.
Lo mismo le sucede al índice de refracción,
y esto hace que el camino más rápido para pasar de un punto a otro...
..no sea ya la línea recta.
Aunque la teoría ondulatoria goza de credibilidad y tiene seguidores,
no explica la polarización de la luz...
..ni la existencia de distintos colores.
Es el físico y matemático inglés Sir Isaac Newton...
..quien da un paso de gigante en su interpretación.
En 1666 descompone con un prisma la luz blanca,
encuentra que los colores...
..están caracterizados por índices de refracción distintos,
y al atravesar el prisma se dispersan en direcciones diferentes.
Este hecho sugiere a Newton la idea de que la luz blanca está compuesta..
por un cierto número de colores puros a los que denomina "su espectro".
Piensa que si los vuelve a reunir debe obtener de nuevo luz blanca.
Con una lente junta los colores sobre una pantalla...
..y comprueba la veracidad de su hipótesis.
Suprimiendo la parte azul del espectro...
..observa la coloración roja complementaria.
Sucede lo contrario cuando se suprime la parte roja.
Esta forma de actuar es la que desde entonces utilizan los científicos,
lo que les ha hecho distanciarse de los filósofos.
"En este libro no pretendo explicar mediante hipótesis...
..las propiedades de la luz, si no presentarlas y probarlas...
..mediante la razón y los experimentos".
Newton encuentra tan insuperables las dificultades de la teoría ondulatoria
..para explicar satisfactoriamente la polarización de la luz...
..o la formación de los colores,
que se consagra a desarrollar una nueva teoría.
En ella supone que la luz se propaga desde el cuerpo luminoso hacia el ojo
..en forma de partículas diminutas.
Es la conocida "Teoría de la emisión".
Con ella se explican de manera simple la reflexión...
..y la refracción de la luz.
Es necesario suponer que las partículas luminosas...
..viajan más deprisa en el agua que en el aire,
en contra de lo que se dice en la teoría ondulatoria.
En aquella época...
..esta discrepancia no se podía contrastar con el experimento.
Con la teoría de la dispersión de la luz blanca en colores...
..y las leyes de la reflexión y refracción,
Newton explica las características más importantes del arco iris.
Su interpretación y sus dibujos sobre este tema llegan a ser tan populares,
que se venden en las plazas como los romances de ciego.
Para Newton la luz blanca está compuesta por corpúsculos luminosos..
..distintos para los diferentes colores,
y que son atraídos con distinta fuerza por el medio.
Debido a la gran autoridad de Newton y al éxito de su Mecánica Celeste,
durante más de cien años su imagen y su obra...
..dominaron las ideas sobre la naturaleza de la luz.