Tomás Unger | Newton y su trabajo sobre la luz

A principios del nuevo milenio se cumplieron 300 años de la publicación de uno de los libros más importantes en la historia de la ciencia: “Opticks”, del físico inglés Isaac Newton. Es su primer trabajo publicado en inglés y no en latín. Es más, usó un lenguaje coloquial porque su intención era divulgar sus opiniones sobre la luz e interesar al público en la ciencia.

Hasta ese entonces, el “Libro de óptica”, escrito en árabe por Ibn al-Haytham en el siglo XI, y traducido al latín en el año 1200, era el texto de óptica por excelencia. Robert Hooke describió la luz como onda unos años antes de la publicación de “Opticks”, mientras Newton consideró la luz como corpúsculos. Ambas propuestas fueros rechazadas por sus contemporáneos. Recién en el siglo XX se probó que los dos tenían razón, ya que la luz se comporta como onda y como corpúsculo en diferentes circunstancias.

Los colores

Tal vez el experimento más conocido de Newton fue poner un prisma en una apertura por la que entraba la luz y proyectar su espectro en la pared. La refracción mostró que la luz blanca es la combinación de varios colores, desde el rojo hasta el violeta. Es una transición continua donde el color va cambiando gradualmente.

En contra de la opinión predominante en ese entonces, Newton estableció que los colores no son una propiedad inherente de los objetos. Estos se deben a la parte de la luz natural que reflejan. Acá vale la pena copiar un párrafo de “Opticks” traducido del inglés:

“Lo que llamamos color en un objeto es solamente la disposición al reflejar un tipo de rayos más intensamente que otros. Los rayos en sí no tienen color pero originan un movimiento que al entrar al ojo nos da la sensación de color, así como el sonido de una campana, una cuerda musical o cualquier otro cuerpo que produce sonido, no es más que un movimiento de temblor”.

Aquí le faltó decir ‘vibración’ en lugar de ‘temblor’; muy cerca de ondas. En cuanto a por qué determinados objetos reflejan rayos específicos, Newton admitió no poder explicarlo.

Propiedades de la luz

Además de experimentar con el prisma, Newton estudió cómo la luz cambia cuando pasa de un medio a otro. El ejemplo clásico del lápiz en el vaso de agua que se observa torcido fue descrito en “Opticks”, así como otros efectos del cambio de medio.

Newton era amigo de Edmond Halley, el astrónomo que le dio nombre al famoso cometa. Este último también estudiaba el fondo marino, para lo cual construyó una campana de buceo, en la cual bajó hasta 18 metros en el río Támesis.

Newton le pidió que observara el cambio de los colores a medida que descendía, con lo cual pudo apreciar el comportamiento de la luz de acuerdo a la cantidad de agua que había de por medio. Esto confirmó que el rojo puede pasar a más profundidad que otros colores, y que muchos medios tienden a filtrar más el extremo del azul.

Newton hizo el mismo experimento con vidrios de diversos tipos y espesor. Su conclusión fue que las características físicas de los colores siguen el mismo orden que en el espectro refractado por el prisma. Hoy sabemos que la luz tiene diferentes longitudes de onda de acuerdo al color, que su velocidad es constante y que la frecuencia varía.

La onda

Todo lo planteado en “Opticks” era válido. Lo que Newton no pudo explicar fueron las propiedades de la luz; básicamente, la razón de la diferencia de comportamiento de los diversos colores. Esto se aclaró en 1860, cuando James Clerk Maxwell publicó su teoría electromagnética. El físico escocés era además un notable matemático, y formuló la teoría clásica de la radiación electromagnética que unía la de la electricidad, el magnetismo y la luz como manifestaciones del mismo fenómeno.

Después de las leyes de física que Newton postuló –que unió la gravedad con la mecánica celeste y las leyes de la dinámica–, la teoría de Maxwell fue la segunda gran unificación de la física. Maxwell resolvió las matemáticas para todas las ondas electromagnéticas, desde los rayos gamma de la radiación atómica hasta las ondas de radio. Estas últimas, reproducidas por Heinrich Hertz, abrieron el campo a las comunicaciones inalámbricas.

De la gravedad a la relatividad

Albert Einstein añadió nuevas propiedades a las leyes establecidas por Maxwell. Lo primero que explicó de la luz, que añadía a la descripción de ondas que se comportaban como partículas, fue su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico. Explicó por qué los materiales que producen electricidad por efecto de la luz lo hacen dependiendo de la frecuencia de onda y no de la intensidad de la luz.

Einstein sostuvo que en ese caso la luz se comporta como una partícula, cuyo impacto depende de su frecuencia de onda. Cuanto más corta la frecuencia de una onda de luz, mayor su efecto fotoeléctrico, sin importar su intensidad. Así, la luz azul hace que un material piezoeléctrico produzca corriente y no lo haga con luz roja, aunque esta sea muy fuerte e intensa. Einstein también demostró que la gravedad deforma el espacio desviando la luz.

Aquí cabe mencionar que, contrariamente a lo que se cree, que Einstein recibió el Premio Nobel por su teoría de la relatividad, lo que le mereció ese galardón fue su explicación del efecto fotoeléctrico. Al parecer la Academia Sueca, que otorga los Nobel, todavía no entendía la teoría de la relatividad y no la consideraba merecedora de tal reconocimiento.