La naturaleza de la luz

Christian Huygens (1629-1695)

Este físico holandés, contemporáneo de Newton, expone su teoría de modelo ondulatorio de la luz de manera muy precisa:

a.- Una fuente luminosa emite ondas esféricas, de la misma manera que un movimiento ondulatorio en la superficie del agua emite ondas superficiales. Un rayo de luz está materializado por una recta perpendicular a la superficie de la onda.

b.- Cada punto de una onda luminosa primaria se comporta como un centro emisor que a su vez emite ondas secundarias de la misma frecuencia y velocidad que las ondas primarias. La onda resultante es la envolvente de las ondas secundarias.

Y con solo estos dos puntos Huygens desarrolla su teoría.

Aplicación del modelo ondulatorio a la reflexión y la refracción

En ciencia, cualquier modelo que se proponga tiene que ser contrastado con la realidad, de manera que explique los resultados de los experimentos y de las observaciones.

Si aplicamos los principios de Huygens a la reflexión de la luz (Figura 3), veremos que la onda reflejada cumple con la ley de reflexión.

Igualmente podemos aplicar el modelo de Huygens a la refracción de la luz, tal como se ha representado en la animación interactiva (Figura 4). En ella hemos representado de manera simplificada el paso de un frente de onda desde un medio a otro:

El primero de ellos (mitad de arriba de la animación) es el vacío, cuyo índice de refracción es la unidad y donde se desplaza con la velocidad de la luz en el vacío, que llamaremos c (esta c es la que aparece en la famosa fórmula de Einstein E = mc²;).

El segundo medio (en la mitad inferior de la animación) es un vidrio cuyo índice de refracción es n = 1., en el que se desplaza con velocidad v, distinta de c. Como sabemos, aplicando la fórmula de Snell, la relación entre los ángulos de incidencia y refracción en función del valor del índice de refracción n, podemos calcular la velocidad de la luz en el segundo medio para que se cumpla la ley.

Como primera deducción se ve claramente que para que el rayo se acerque a la normal, la velocidad de la luz en el vidrio tiene que ser inferior a la velocidad de la luz en el vacío, como ocurre en el caso de las ruedas de un carrito que atraviese la línea que limita un suelo liso del césped (Figura 5).

Además se puede calcular fácilmente la velocidad de propagación de la luz en el vidrio. El cálculo es muy sencillo, de los que Fermi decía que se hacian "en la parte de atrás del sobre" y se puede realizar con una calculadora de mano en unos pocos minutos: el resultado es que v=c/1.5.

En toda la animación puede verse el resultado del cambio de dirección que produce la menor velocidad de propagación de la luz en el vidrio que en el vacío.

Así pues, si la luz tienen naturaleza ondulatoria, la velocidad en el vidrio es menor que en vacío, en contra de las previsiones que se deducen si se admite en modelo corpuscular. La solución del enigma, el experimento crucial, consistirá en medir la velocidad de la luz en el vacío y en otro medio.

Como hemos dicho al principio de esta unidad, las ondas son oscilaciones de un elemento material y necesitan, por lo tanto, de un medio elástico por el que propagarse. Huygens pensó que se propagaban por un medio elástico, parecido a un gas (pues pensaba que las ondas luminosas eran longitudinales), y a este medio lo llamó éter. El éter ocuparía entonces todo el espacio e impregnaría todos lo cuerpos transparentes, incluido el vacío.

Pero la teoría de Huygens no fue tenida en cuenta por los científicos de la época, debido fundamentalmente al prestigio de Newton y a la dificultad de entender la presencia del éter en todo el espacio, aunque algunos físicos importantes la aceptaron, como Robert Hooke (1635-1703), quien la aceptó desde el principio. Además presentaba ciertas dificultades, como el hecho de que se pudiesen obtener pinceles de luz muy finos que no se extendían por todo el espacio.

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