Naturaleza y Fenómenos de la Luz: Teorías, Espectroscopía e Interferencia

Óptica: Una Exploración de la Naturaleza de la Luz

La óptica, una de las ramas más antiguas de la física, se dedica a explicar el fenómeno de la visión. Las primeras hipótesis científicas significativas surgieron casi simultáneamente, propuestas por Newton y Huygens.

Teoría Corpuscular de Newton

Newton descubrió que la luz tiene una naturaleza corpuscular: los focos luminosos emiten minúsculas partículas que se propagan en línea recta en todas las direcciones. Al chocar con nuestros ojos, estas partículas producen la sensación luminosa. Los corpúsculos, distintos para cada color, atraviesan los medios transparentes y son reflejados. Esta teoría justificaba la propagación rectilínea de la luz y la reflexión, pero no la refracción.

Teoría Ondulatoria de Huygens

Huygens propuso que la luz consiste en la propagación de una perturbación ondulatoria del medio. Creía que se trataban de ondas longitudinales, similares a las ondas sonoras. Esta hipótesis explicaba la reflexión, la refracción y la doble refracción de la luz, descubierta en aquel entonces. La mayor dificultad de esta teoría residía en que no se habían observado en la luz fenómenos típicamente ondulatorios, como la difracción.

Fenómenos Luminosos

• Reflexión y Refracción: Cuando una onda luminosa alcanza la superficie de separación de dos medios transparentes de distinta naturaleza, parte de ella se refleja y otra parte se refracta.
• Dispersión de la Luz: Es la separación de la luz incidente, al pasar por un medio material, en las distintas luces elementales caracterizadas por sus respectivas longitudes de onda. La forma más sencilla de reproducir este fenómeno es mediante un prisma óptico. Cuando un haz de luz blanca incide sobre él, las diferentes luces elementales se propagan con velocidades distintas dentro del prisma y emergen separadas, formando una sucesión continua de colores denominada espectro de luz blanca. Un ejemplo de dispersión de la luz es el fenómeno del arcoíris, que se observa en las gotas de lluvia cuando el Sol está a nuestra espalda. La luz del sol se refracta al incidir sobre una gota de agua, se refleja en la parte posterior de la gota y se vuelve a refractar al salir de la misma. Existen dos tipos: arcoíris primario y arcoíris secundario.

Espectroscopía: El Estudio de la Luz Dispersada

La espectroscopía es la rama de la química que analiza las radiaciones dispersadas en un espectroscopio. Un espectroscopio es un dispositivo capaz de separar un haz de luz en sus componentes monocromáticas, es decir, de formar su espectro. El más sencillo es el prisma óptico. Los espectros pueden ser continuos (como el de la luz blanca) o discontinuos. Los espectros discontinuos presentan una serie de rayas brillantes de colores, cada una de distinta longitud de onda y frecuencia, sobre un fondo oscuro. Estos son producidos por gases y vapores a baja presión, excitados por una descarga eléctrica, y sirven para identificar los elementos químicos que forman parte de una sustancia.

Interferencias Luminosas: Un Fenómeno Ondulatorio

La luz, al igual que cualquier onda, experimenta fenómenos de interferencia. Sin embargo, en las ondas luminosas, esto requiere que sean coherentes: sus focos deben mantener una diferencia de fase constante y las ondas deben ser monocromáticas (de una sola longitud de onda). La forma más sencilla de producir interferencias luminosas consiste en dejar pasar la luz de una fuente luminosa a través de dos rendijas muy estrechas y próximas entre sí.

Se observan:

• Franjas brillantes: Se deben a una interferencia constructiva de las ondas, por haber alcanzado la pantalla en fase.
• Franjas oscuras: Se deben a la interferencia destructiva de las ondas, que alcanzan la pantalla en oposición de fase.

Difracción de la Luz: Más Allá de la Propagación Rectilínea

La difracción de la luz es la desviación que sufre la propagación de la luz cuando encuentra en su camino un obstáculo o una abertura de dimensiones comparables a las de su longitud de onda. Las ondas luminosas, por tanto, también experimentan este fenómeno.