La naturaleza de la luz

La naturaleza de la luz: espectro de radiaciones

Ludwig Boltzmann (1844 – 1906)

Este físico austrohúngaro comprobó, en 1873, que la velocidad de la luz que predice la fórmula de Maxwell, deducida de medidas electromagnéticas de baja frecuencia, es correcta para muchas sustancias, las de poco índice de refracción. Más adelante se vería que cuando se medía a frecuencias altas también la predicción era correcta.

En 1888 llegó la prueba definitiva del modelo de Maxwell: 

Heinrich Rudolf Hertz (1857 – 1894)

El físico alemán produjo ondas electromagnéticas y las detectó a cierta distancia, comprobando que estas ondas se reflejan, se refractan y se difractan como las ondas luminosas. Además, Hertz es importante en esta nuestra historia de la naturaleza de la luz por otra razón: descubrió el efecto fotoeléctrico, que dio pie a Einstein para postular de nuevo la existencia de partículas de luz, es decir, de fotones.

Pero sigamos con nuestra historia.

A pesar del descubrimiento de Maxwell, que determina la naturaleza de lo que oscila (campos magnéticos y eléctricos), el problema del éter continúa vigente.

Desde Faraday, que introduce el concepto de campo, se piensa en términos que pertenecen a un paradigma mecanicista, por lo cual sigue siendo necesario un medio por el que transmitan las acciones de una carga sobre otra situada lejos de la primera. Además, de las ecuaciones de Maxwell se deduce una velocidad de propagación que no depende de la velocidad del foco emisor. Esto implica que existe un medio, el éter, por el que se propaga la luz con velocidad c, siempre la misma.

Es, por lo tanto, muy fácil saber a qué velocidad nos estamos moviendo nosotros respecto al éter, ya que la velocidad de la luz que nosotros midamos será la suma (vectorial) de la velocidad de la luz y de nuestra velocidad respecto al éter. De esta manera el éter juega el papel de un sistema de referencia absoluto, respecto al cual se puede determinar la velocidad con que los demás sistemas se mueven... Pero esto es contrario al principio de relatividad de Galileo, que establece justamente la imposibilidad de saber si estamos en reposo o en movimiento uniforme (con velocidad constante), y este principio de relatividad de Galileo estaba en la base de todo el desarrollo de la mecánica desde el siglo XVII.

También la solución de este problema se debe a Einstein, que en 1905 publicó un trabajo en el que enunció la teoría de la relatividad especial, el mismo año que publicó su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico al que nos hemos referido, que marcaría el principio de la mecánica cuántica. Pero nos encontramos todavía en 1890, y en ese año era evidente que la luz estaba constituida por ondas y que esas ondas eran electromagnéticas. Además todo empezaba a encajar en el nuevo esquema de Maxwell.

En el año 1800 Frederick William Herschel (1738-1822) había descubierto los rayos infrarrojos, de menor longitud de onda que la luz roja pero de la misma naturaleza. Y en 1801 Johann Wilhelm Ritter (1776-1819) puso de manifiesto la radiación ultravioleta, de menor longitud de onda que la violeta y de las mismas características que la luz visible:

Según el nuevo modelo de Maxwell, el espectro de radiaciones está constituido por diferentes ondas electromagnéticas de diferente longitud de onda y que se transmiten en el vacío, a través del éter, con la misma velocidad

Con el paso del tiempo se fueron descubriendo y produciendo ondas electromagnéticas de mayor y menor longitud de onda hasta completarse el espectro. En el momento presente los tipos de radiacción se clasifican de la misma manera que vemos en la siguiente animación interactiva (pasa el cursor sobre la barra de radiaciones y observa con atención):

De este espectro, la radiación electromagnética con una longitud de onda comprendida entre 400 y 700 nanómetros constituye el espectro que es visible (Figura 4).

Durante unos años todo estuvo claro y todo se entendía. O al menos casi todo, ya que el misterio del éter seguía sin resolverse. Pero sigamos con el problema que nos ocupa. Avancemos a la siguiente página.

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