MODELO CORPUSCULAR VERSUS MODELO ONDULATORIO
Estos modelos se han considerado antagónicos, sin embargo, en la actualidad
se ha llegado a una situación que en ciertos aspectos engloba
ambas concepciones. Las ideas que han surgido en este campo, además de
interpretar todos los fenómenos luminosos, han abierto un nuevo panorama
en la interpretación del mundo físico.
Hasta el siglo XVII, se creía que la luz estaba formada por corpúsculos
que eran emitidos por los focos luminosos, tales como el sol o la llama de
una hermosa fogata. Estos corpúsculos viajaban en línea recta y
atravesaban los objetos transparentes pero no los opacos, excitando el
sentido de la vista al penetrar en el ojo. Esta idea era sostenida por Isaac
Newton. Con ella pudo explicar las leyes de la reflexión y de la refracción
aunque con algunas fallas.
A mediados de dicho siglo, empezó a abrirse paso una nueva teoría, la
que sostenía que en realidad la luz se trataba de algún tipo de fenómeno
ondulatorio. El padre de dicha teoría fue el físico holandés Christian
Huygens, que sostenía que la luz era una vibración y que se propaga utilizando
un soporte material que llamó éter.
Si bien logró explicar fácilmente la reflexión y refracción con esta teoría,
no pudo hacerlo de la misma forma con la propagación rectilínea. El sonido
“rodea” obstáculos mientras que la luz no. La gran reputación de Newton,
también influyó para que las ideas de Huygens sobre la naturaleza ondulatoria
de la luz, no fueron aceptadas por la mayoría de sus contemporáneos.
Además un fenómeno característico de las ondas es la interferencia,
que no podía ser observada en la luz, con los medios de esa época, fortaleciendo
de este modo la teoría corpuscular. De todas formas en 1678 publica
“Traité de la lumière”, primer intento de desarrollar una teoría ondulatoria de
la luz.
Un siglo más adelante, un médico inglés, de nombre Thomas Young
realizó una célebre experiencia que lleva su nombre. Encontró que si dejaba
pasar luz de un solo color que procedía de una única fuente, a través de
dos pequeñas rendijas muy próximas, se formaban unas bandas brillantes
que alternaban con otras más oscuras. De esa forma demostró
que el fenómeno de interferencia también ocurría para la luz. Basándose
en este experimento (que hoy puedes realizar fácilmente en el laboratorio
de tu centro de estudios), construyó un sólido argumento a favor de la naturaleza
ondulatoria de la luz.
Los aportes de los científicos en la antigüedad.
Para llegar a la elaboración de los modelos descritos anteriormente, fueron
necesarios siglos de estudios e investigaciones por parte de grandes
científicos. Trataremos de brindarte una apretada síntesis de los trabajos
de algunos de ellos, para que tengas más elementos acerca de cómo fue la
evolución del conocimiento en esta área.
Las nociones que se tenían de la Óptica en la antigüedad, no se conocen
con mucha precisión. En los restos de antiguas civilizaciones, se encontraron
objetos que nos dan una idea de los intereses de los hombres por
los fenómenos ópticos.
En hallazgos arqueológicos, como en tumbas egipcias, se encontraron
restos de espejos metálicos que probablemente servían para desviar los
rayos del sol. Se utilizaban como objetos sagrados para encender el fuego.
Las lentes convergentes, fueron usadas como
lupas desde tiempos muy remotos, las utilizaron para hacer las pequeñas
inscripciones en objetos hallados en las esfinges.
En el siglo XV antes de Cristo, aparecen los primeros objetos artísticos
de vidrio, tecnología previa necesaria para el desarrollo de las lentes. En el
siglo V a. C. los griegos, romanos, árabes... conocían las propiedades de los
espejos y utilizaban lentes de vidrio o de agua para concentrar rayos de sol
y encender fuego, como la construida por Aristófanes en el año 424 a. C.
con un globo de vidrio soplado, lleno de agua.
En la antigua Grecia, Euclides realiza observaciones
geométricas muy importantes relacionadas con la propagación
rectilínea de la luz.
Aristóteles (Nace 384- Muere 322 a.C. Filósofo Griego) toma distancia
de la discusión entre pitagóricos y platónicos sobre si la visión es originada
por la emisión o la recepción de imágenes. Sostenía que el medio existente
entre el objeto y el ojo desempeñaba un papel esencial, al activarse por la
luminosidad del objeto, se vuelve transparente y permite a los distintos
colores viajar hasta nuestros ojos.
Arquímedes (Nace 287 – Muere 212 a.C. Matemático e ingeniero Griego),
según cuenta la tradición, defendió su ciudad natal, Siracusa, empleando
espejos cóncavos de gran tamaño para concentrar los rayos del
Sol en los barcos enemigos y quemar sus naves. La comunidad científica
duda seriamente de la veracidad de esta leyenda.
Herón (siglo I a. C. Alejandría) mecánico y constructor de máquinas.
Estudió ampliamente los espejos y planteó la idea de que el rayo de luz
siempre sigue el camino más corto entre el objeto y el ojo. Esta idea fue
recogida y reformulada por Fermat en el siglo XVIII.
Séneca (4 adC- 65 d.C.) fue el primero en mencionar la capacidad amplificadora
de las lentes convergentes, al describir la imagen de los objetos
vistos a través de un globo de vidrio lleno de agua. Además describe los
colores que se ven a través de un prisma transparente, propiedad que volvió
a estudiar Newton varios siglos más tarde.
Claudio Tolomeo (siglo II d.C. Alejandría), astrónomo griego que en su
“Libro quinto de óptica” publicó medidas realizadas con mucha precisión
de los ángulos de incidencia y refracción para diversos medios, aunque
no logró formular las leyes correspondientes. Sostuvo que los rayos que
llegan de las estrellas se desvían al ingresar al aire, por lo cual la posición
observada difiere de la real.
FUNDACIÓN DE LA ÓPTICA MODERNA
En la Edad Media los árabes hicieron amplios estudios sobre óptica,
gracias al gran interés de la medicina islámica en el estudio de las enfermedades
de los ojos. Basados en la forma del cristalino de nuestro aparato
ocular construyeron y emplearon lentes de cristal o de vidrio para ampliar
la imagen y facilitar la lectura. En las lentes tenemos la primera prolongación
del aparato ocular humano.
El científico árabe Al-Hasan-Ibn-Al-Haytham, (nacido en Basra en el
año 965 en lo hoy es Irak- muerto en el Cairo en el año 1039) conocido
en occidente como Alhazen es considerado el padre de óptica moderna.
Entre sus aportes más trascendentes podemos mencionar la precisa descripción
de las partes del ojo, la explicación del proceso de la visión, considerando
que son los rayos luminosos los que van de los objetos al ojo, fabricación
de lentes, estudio de sombras y eclipses. Construyó una cámara
oscura, que consiste en un cuarto o cajón oscuro que tiene en una
de sus paredes un pequeño orificio. En la pared opuesta se forma una imagen
invertida de los objetos exteriores. Este aparato es el antecesor de la
moderna cámara fotográfica y puedes utilizarlo para observar de manera
indirecta un eclipse de sol, sin afectar tus ojos.
Anticipó que la luz viaja con una velocidad finita y a pesar de haber escrito
muchos libros, solo sobrevivió ’’Opticae”, obra que tuvo gran influencia
sobre Roger Bacon, Leonardo Da Vinci y en Johann Kepler.
Roger Bacon. Nació en Ilchester Inglaterra en el año 1214 y
murió en Oxford en 1294. Fraile franciscano, notoriamente influido por la
escuela árabe, logra tallar en 1266 lentes para mejorar la lectura de las personas
con problemas de visión. Tenían forma similar a una lenteja, de donde
proviene el nombre lente. En su libro “Opus maius”, Bacon describe las
propiedades de una lente para amplificar la letra escrita. Resalta a la óptica
como indispensable para el estudio de la naturaleza, al permitir a todos,
acceder al conocimiento escrito y obtener su propia experiencia visual de
los fenómenos.
Leonardo da Vinci. Artista italiano nacido en Vinci, Toscana en
1452 y muerto en Francia en el 1519. Estudió la estructura y el funcionamiento
del ojo y formuló una teoría de la visión, en la que comparaba el
ojo a una cámara oscura. Dentro de su impresionante obra creativa, diseñó
máquinas para tallar grandes espejos y fue el precursor de los lentes de
contacto para corregir defectos de visión.
En los siglos XVI y XVII, en el nacimiento de la moderna ciencia experimental,
la óptica tuvo un papel fundamental, especialmente con la aparición
del telescopio (el más probable inventor fue el óptico holandés Hans
Lippershey, fabricante de anteojos) y el microscopio (probablemente inventado
por Zacharias Jansen holandés, 1588-1632).
Estos instrumentos permitieron ampliar los límites de la percepción visual,
obteniendo así imágenes de objetos muy lejanos y muy pequeños; y
contraponer evidencia científica a las especulaciones filosóficas o religiosas.
Galileo Galilei. Astrónomo y Físico italiano nació en Pisa en
el año 1564 y murió en Arcetri cerca de Florencia en el 1642. Fue quien
realizó los primeros y revolucionarios estudios del cielo con un telescopio,
construido de acuerdo al diseño de Lippershey, el cual perfeccionó
llegando a 32 aumentos. El descubrimiento de los satélites de Júpiter y
otras observaciones astronómicas, sirvieron de argumento en contra de
la teoría geocéntrica. Esta ubicaba a la Tierra inmóvil en el centro del universo,
mientras que el Sol, la Luna y demás cuerpos celestes giraban a su
alrededor. El resultado de sus investigaciones lo llevó a ser enjuiciado por
los tribunales de su época y ser condenado al aislamiento, además de obligarlo
a retractarse públicamente.
Johann Kepler. Astrónomo alemán, nació en Weil der Stadt
en 1571 y murió en Ratisbona en el año 1630. Compiló y estudió minuciosas
tablas de datos obtenidos por Tycho Brahe sobre el movimiento de los
planetas, deduciendo a partir de ellas sus trascendentales leyes sobre el
movimiento planetario. En el año 1611 publicó su obra “Dioptrice”, texto
fundamental para los estudiosos de la óptica durante muchos años. Kepler
fue el primero que planteó que la imagen se forma en la retina, que esta
imagen está invertida con relación al objeto y que el cerebro es el encargado
de interpretarla adecuadamente.
Willebrord Snell. Matemático y astrónomo holandés, nació
en Leiden en 1591 y falleció en 1626. Fue profesor en la universidad
de su ciudad natal y se dedicó al estudio de la óptica geométrica.
Repitiendo los experimentos de Tolomeo, Snell consiguió medir los ángulos
de incidencia y de refracción para la superficie de separación de dos
medios. A partir de tales mediciones, formuló la ley de la refracción, conocida
hoy como Ley de Snell. La misma desempeñó un importantísimo
papel en el desarrollo, tanto del cálculo para diseñar lentes e instrumentos
ópticos, como de las teorías de propagación de la luz.
René Descartes. Filósofo y matemático francés, nació en La
Haye en 1596 y murió en Estocolmo, Suecia en el año 1650. Utilizando puntos
de partida diferentes que Snell llegó a deducir la misma ley y la expresó
de la manera que la conocemos en la actualidad. Construyó elementos
ópticos y publicó un importante trabajo de nombre “La Dioptrique” donde
aparece la idea de colocar una lente directamente en contacto con la córnea
(lentes de contacto).
Pierre de Fermat. Matemático francés, nació en Beaumont de
Lomagne en 1601 y falleció en Toulouse en 1665. A partir de un planteo
similar al de Herón (“la luz se propaga siempre a lo largo de aquella trayectoria
que le suponga el mínimo tiempo, incluso si para lograrlo tiene
que desviarse del camino geométricamente más corto”) logró deducir la
misma ley que Snell y Descartes. Este principio, en su forma más moderna
es utilizado aún para estudiar fenómenos ópticos.
Marcello Malpighi. Médico italiano, nació en Crevalcore, cerca de Bolonia
en 1628 y murió en Roma en 1694 y Leeuwenhoek Anton van, Biólogo
y microscopista holandés, nació en Delft en 1632 y falleció en la misma
ciudad en 1723. Perfeccionaron el diseño y tallado de las lentes, logrando
así observar microorganismos y glóbulos sanguíneos.
Robert Hooke. Físico inglés, nació en Freshwater en 1635 y murió en
Londres en 1703. Construyó un microscopio compuesto en 1665, con él
realizó cuidadosas observaciones que aparecen en su libro “Micrographia”.
Fue un gran defensor de la teoría ondulatoria de la luz, enfrentándose por
ello a Isaac Newton.
Isaac Newton. Científico y matemático Inglés, nació en Woolsthorpe,
Lincolnshire el 25 de diciembre de 1642 y murió en Londres el 20 de marzo
de 1727. Además de sus contribuciones al modelo corpuscular, realizó un
gran trabajo experimental sobre la descomposición de la luz al pasar por
un prisma de cristal.
Benjamín Franklin. Hombre de estado y científico americano,
nació en Boston en 1706 y murió en Filadelfia en 1790. Se le atribuye la
creación de las lentes bifocales, formadas por dos mitades de lentes: la de
visión lejana y la de visión próxima montadas en un mismo aro.
Agustín Fresnel. Físico francés, nació en Broglie en 1788 y falleció en
Ville-d Ávray cerca de París en 1827. Realizó numerosos experimentos sobre
interferencia y difracción y dio un gran avance a la teoría ondulatoria.
Cortando una lente gruesa en anillos y montándolos como muestra el
dibujo logró afinarla sensiblemente, disminuyendo su masa sin
cambiar sus propiedades ópticas. Actualmente se utilizan para enfocar haces
de luz potentes como las utilizadas en estudios cinematográficos o en
faros. La tecnología actual logró moldearlos en plástico llevando
su espesor a 1mm.
Más adelante estudiaremos la obra relacionada con la luz de científicos
más cercanos.
Bibliografía:
Libro Interacciones, Campos y Ondas. Autor: Ernesto Egaña, Marcelo Berruti y
Alejandro Gonzalez.Editorial Contexto.
https://docs.google.com/file/d/0B4Jmg4dRWeMRMkFUNzltbTV3T28/edit
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