Evolución de la Teoría de la Luz: De Ondas y Corpúsculos al Campo Electromagnético

El Modelo Ondulatorio de Huygens: Pionero y Limitaciones

El modelo ondulatorio de Huygens propone que las ondas esféricas son el resultado de la envolvente de pequeñas ondas esféricas parciales, que la extrema velocidad de la luz implica la imposibilidad de transporte de materia y que la masa de un objeto que emite luz no cambia. Además, también demuestra la reflexión y la refracción en su modelo.

Sin embargo, se basa en la utilización del éter en todo el espacio y tampoco es capaz de explicar la propagación rectilínea de la luz ni su propagación en el vacío.

El Modelo Corpuscular de Newton: Éxitos y Desafíos

El modelo corpuscular de Newton es capaz de reproducir perfectamente todos los experimentos conocidos hasta la fecha. Además, establece la formación de sombras cuando se interpone un objeto y explica la reflexión mediante el rebote de partículas.

Sin embargo, estableció que la luz se propaga más rápido en medios más densos y no es capaz de explicar varios procesos importantes como la difracción y la interferencia, que dos haces que se atraviesan no interfieran, y que los objetos que emiten luz no pierden masa.

Las Contribuciones Revolucionarias de Augustin Fresnel

La Teoría de Rayos Eficaces y la Interferencia

Augustin Fresnel describe todos sus trabajos con un alto rigor matemático. En su primer modelo, no comprendía por qué tenía franjas negras donde él esperaba blancas y viceversa. No obstante, pudo resolver el problema con su teoría de rayos eficaces. Asimismo, Fresnel utiliza la envolvente de Huygens, con un pequeño detalle: las ondas pueden interferir teniendo en cuenta la diferencia de fase.

La Difracción y el Problema de Poisson

A lo largo de su vida, repitió experimentos como los de Newton y Grimaldi, y se dio cuenta de que no podían ser descritos como haces de partículas. En su consiguiente modelo, expone que las vibraciones de una onda luminosa en cada uno de sus puntos son iguales a la suma de todos los movimientos elementales de cada pequeña parte de esta onda considerada. Otro descubrimiento a tener en cuenta es cuando pudo explicar la difracción experimentalmente (el Problema de Poisson).

La Polarización y la Naturaleza Transversal de la Luz

Fresnel sabía que dos ondas interfieren si son coherentes; sin embargo, no pudo comprobar que los rayos extraordinario y ordinario en el espato de Islandia interfirieran, concluyendo que vibran en planos perpendiculares. Finalmente, expone que las vibraciones tienen que ser transversales a la dirección de propagación.

Fresnel demostró que la luz, al incidir en el cristal, puede ser desviada en dos direcciones diferentes debido a que una componente del haz posee una cierta polarización, mientras que la otra posee una polarización perpendicular a la anterior. Esto no es posible en ondas longitudinales, ya que las oscilaciones se dan en la dirección de propagación. Por tanto, el carácter de las ondas debe ser transversal. La causa fundamental para entender la transversalidad de la luz fue la imposibilidad de hacer interferir el rayo ordinario y el extraordinario.

El Problema de la "Acción a Distancia" y la Relatividad

Uno de los inconvenientes conceptuales para las llamadas leyes de "acción a distancia", y que supuso un grave problema para esta teoría, es su carácter instantáneo. Esto entra en discordia con la velocidad de la luz, puesto que la información no puede ser transmitida a una velocidad superior a la de la luz. Esto se debe al carácter relativo del tiempo, por el cual no puede existir una asignación válida de un instante de tiempo simultáneo para varios observadores.

La Solución del Electromagnetismo: El Concepto de Campo

La solución aportada por el electromagnetismo es el concepto de campo, el cual representa la distribución espacio-temporal de una magnitud física. Es decir, existe un campo si se puede asociar un valor a una magnitud en una determinada región para cada instante de tiempo.