La luz y la visión

Siempre estuvo unida la luz al fenómeno de la visión, aunque de una forma bastante artificial.

El primer autor que define la visión de forma clara es Herón de Alejandría, considerado uno de los científicos e inventores más grandes de la antigüedad que nació en Egipto en el año 18 d.C., murió en el 62, y realizó sus trabajos en la biblioteca de Alejandría. Escribió varias obras sobre mecánica, matemáticas y física, algunas de las cuales solo nos han llegado en su traducción árabe. Su trabajo es representativo de la tradición científica helenista.

En su Dioptra expone lo que podemos llamar el modelo griego de la visión. Según éste, el ojo lanza unas partículas especiales que rebotan en los objetos no transparentes y vuelven de nuevo al ojo, produciendo el fenómeno de la visión.

Claudio Ptolomeo vivió en los años 85-165 d.C. y trabajó como astrónomo en Alejandría desde el 127 al 151. Una de sus medidas más importantes fue la medida de la distancia de la Tierra a la Luna (29.5 diámetros terrestres frente al real de 30.2). Dicho sea esto como indicación de sus magníficos datos de experimentador. Es a uno de sus trabajos menores al que nos vamos a referir: a la determinación de la ley de "refracción" de la luz. Este fenómeno será, como veremos, crucial en la discusión que se llevó a cabo durante los dieciocho siglos siguientes de la historia de la óptica.

De sus experimentos, muy afectados por sus preconceptos geométricos de tipo euclídeo, se deduce que un rayo de luz cuando pasa del aire a otro medio transparente se acerca a la normal.

El modelo de visión que hemos descrito como griego se mantuvo hasta finales del primer milenio, cuando vino a traer nuevas aportaciones Ibn-al Haytam, conocido en las traducciones latinas como Alhazen o Alhacén.

Ibn-al Haytam nació en Basora en el 965 y murió en El Cairo en 1039. Se dedicó fundamentalmente a la Astronomía, aunque también realizó importantes trabajos en Física e Ingeniería. Su obra más importante de Óptica se traduce al latín con el nombre de "Opticae Thesaurus Aldrazeui Arabis", y se mantuvo como la obra básica de Óptica hasta el s. XVII.

Seguidor de Aristóteles, practicó el método experimental. Entre sus principales aportaciones se encuentra la de explicar por primera vez el funcionamiento de la cámara oscura y, sobre todo, la de separar en el proceso de la visión los papeles de la luz y del ojo. Alhazen separa el proceso en dos partes: por un lado la luz es emitida por los cuerpos calientes y por otro el ojo recoge la luz que se refleja en los objetos y la detecta, aunque se equivoca al suponer que es el cristalino la parte fotosensible. Discutió los experimentos de refracción de Ptolomeo, aunque no los repitió por alguna razón desconocida.

Ahora, demos un salto de más de 500 años para conocer dos grandes aportaciones a este campo del conocimiento:

Willebrord Snell (1580-1626)

Willebrord Snel van Royen fue un astrónomo y matemático holandés. En 1621 reprodujo los experimentos de Ptolomeo con mucha más precisión y sin sus preconceptos pitagóricos. De acuerdo con Christian Huygens, el análisis de sus resultados le llevaron a enunciar la ley de refracción de la luz en 1703, en su obra Dioptrika, empleando cosecantes en vez de los senos a los que estamos acostumbrados.

La ley de Snell para la refracción desde el aire a otro medio transparente se enuncia por medio de la conocida fórmula:

sen Φ1 = n sen Φ3

Siendo n un número índice de refracción, cuyo valor depende del medio en el que se refracta la luz

Aunque inicialmente el descubrimiento se atribuyó a Descartes, está demostrado que éste lo publicó 16 años después de su formulación por Snell.

Snell no se pronunció sobre la naturaleza de la luz que, como hemos dicho, desde Alhazen se creía que estaba compuesta por partículas que provenían del Sol o de los cuerpos incandescentes.

René Descartes (1596-1650)

Este filósofo, matemático y físico francés, fue el primer defensor importante de la teoría corpuscular, definiendo la luz como compuesta por corpúsculos que viajaban a velocidad infinita. Como hemos visto, en el caso de la reflexión el ángulo de incidencia es igual al de reflexión, lo que está de acuerdo con las leyes del choque elástico, como es el caso de una bola de billar que se refleja en la banda.

En cambio, en la refracción, las partículas de luz, al pasar de un medio menos refringente como el aire, a otro más refringente (con un valor mayor para el índice n) como el agua, se acercan a la normal (perpendicular a la superficie). Por razones de simetría no hay ninguna razón para que se modifique la componente paralela al plano de separación de ambos medios.

Por ello el cambio de dirección solo se puede producir si su componente vertical de la velocidad aumenta, lo que implica que la luz viaja más deprisa en el agua que en el aire. Esto es difícil de justificar, ya que en el aire las partículas no encontrarían ningún impedimento para su avance, pero es una consecuencia del modelo.

Sigamos con este recorrido por la naturaleza de la luz en la siguiente página.

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