Durante todo el siglo XVIII...
..la luz es considerada por la mayoría de los científicos...
..como un conjunto de corpúsculos de diferentes colores.
Sin embargo, la controversia onda-corpúsculo...
..no desaparece por completo,
y a principios del siglo XIX vuelven las ondas con Young, Arago y Fresnel.
Con ellas se explican correctamente todos los fenómenos...
..de interferencias, difracción y polarización de la luz.
Las interferencias se producen...
..cuando dos haces procedentes de una misma fuente...
..recorren diferentes caminos...
..y coinciden en un mismo lugar del espacio.
Por ejemplo, cuando un rayo láser...
..ilumina dos rendijas muy próximas entre sí,
los dos haces en que se escinde al atravesarlas...
..interfieren en una pantalla.
La explicación del fenómeno se debe a Young,
quien enuncia su famoso principio de interferencias...
..de la siguiente manera:
"Cuando dos partes de la misma luz alcanzan el ojo...
..por dos caminos diferentes de direcciones muy próximas,
la intensidad es máxima si la diferencia de los caminos recorridos
..es múltiplo de una cierta longitud, y mínima en el estadio intermedio".
Arago lo expresa de manera más contundente:
"La luz añadida a la luz puede, en ciertas circunstancias,
producir oscuridad".
El enfrentamiento entre los adeptos de las dos teorías,
se agudiza cuando en 1818 dos fieles seguidores...
..de la teoría corpuscular de Newton, Laplace y Biéot,
proponen la difracción como tema para el premio de la Academia de París.
La difracción se pone de manifiesto...
..siempre que la luz atraviesa pequeñas aberturas...
..o rodea obstáculos pequeños.
Por ejemplo, un pelo...
...o una rendija estrecha.
En ambos casos la figura de difracción es muy parecida:
se aprecian en ella máximos y mínimos de intensidad luminosa.
Cuanto más estrechos son los objetos, más ancha es su figura de difracción.
Solo una pequeña parte del rayo láser atraviesa la rendija,
pero no lo hace en línea recta, si no que diverge,
y su intensidad no se distribuye uniformemente sobre la pantalla.
Al convocar el concurso, Laplace y Biéot...
..esperan llegar al triunfo definitivo de la teoría corpuscular.
Sus esperanzas se ven frustradas...
..cuando el premio es otorgado a Fresnel,
cuya explicación del fenómeno está basada en la teoría ondulatoria.
Lo esencial del trabajo de Fresnel...
..consiste en una síntesis de la envolvente de Huygens...
..y del principio de interferencias de Young.
El nuevo principio se enuncia de la siguiente manera:
"Las vibraciones de una onda luminosa en cualquiera de sus puntos,
se pueden considerar como la suma...
..de los movimientos elementales que le llegan en el mismo instante...
..por la acción separada de todas las porciones de la onda no obstruida,
considerada en una de sus posiciones anteriores".
Cuando la onda plana no es interrumpida,
la construcción de Huygens da lugar a otra onda plana,
porque en ella intervienen todas las onditas secundarias.
Pero cuando es interrumpida,
solo las que parten de la rendija contribuyen a la difracción,
y la envolvente deja de ser una onda plana.
Según Poisson, si se aplica la teoría propuesta por Fresnel,
en el centro de la sombra de un disco opaco...
..debe aparecer una mancha brillante, lo cual parece absurdo.
Sin embargo, esto es confirmado experimentalmente por Arago...
..de manera espectacular ante el jurado,
por lo que éste se ve obligado a conceder el Premio a Fresnel.
Podemos repetir el experimento...
..con un pequeño círculo negro y con un rayo láser:
En la sombra del círculo se ve, en efecto, un punto brillante.
La teoría de Fresnel...
..explica el fenómeno de la difracción en sus mínimos detalles.
Se puede determinar mediante la difracción el diámetro de un agujero,
el de un glóbulo rojo,
o la distancia entre dos líneas consecutivas...
..de una red de difracción.
Las dimensiones de estos objetos...
..son del orden de la milésima de milímetro.
En la vida diaria se puede ver la difracción algunas veces:
cuando la luz del Sol pasa entre las hojas de los árboles,
cuando la Luna tiene cerco...
La teoría ondulatoria iniciada por Huygens,
y desarrollada por Young, Arago y Fresnel,
es suficiente para explicar la propagación rectilínea de la luz
-reflexión y refracción-,
y las desviaciones a la dirección rectilínea
-fenómenos de interferencias y difracción-.
Pero como en ella se supone que las ondas luminosas son longitudinales,
no puede explicar la polarización de la luz por reflexión,
descubierta por Malus al observar el reflejo del Sol...
..a través de un polarizador.
Este problema se resuelve en 1816, cuando Arago y Fresnel descubren...
..que dos rayos polarizados en direcciones perpendiculares entre sí
..no interfieren.
Esto se puede ver con el interferómetro de Michelson:
si los rayos están polarizados en direcciones perpendiculares,
no se observan interferencias en la pantalla.
Al tener noticia de este experimento, Young encuentra la clave:
"Las vibraciones luminosas son transversales".
Recupera así la hipótesis de Hooke que había pasado inadvertida.
Inmediatamente Fresnel comprende el significado total de esta hipótesis.
Deduce de ella numerosas conclusiones,
interpretando correctamente la polarización de la luz...
..y todos los fenómenos luminosos conocidos en la época.
El triunfo de la teoría ondulatoria es tan grande...
..que casi resulta superfluo...
..el "experimentum in crucis" que propone Arago:
medir la velocidad de la luz en el aire y en el agua...
y poder decidir claramente entre las teorías ondulatoria y corpuscular.
Si se trata de una onda,
cuando el extremo "A" del frente penetra en el agua,
el extremo "B" no ha llegado todavía.
En el mismo intervalo de tiempo,
el extremo "A" recorre dentro del agua una distancia menor...
..que el extremo "B" en el aire.
La luz viaja más lentamente dentro del agua.
Si se trata de una partícula,
su velocidad tiene dos componentes, horizontal y vertical.
Al llegar a la superficie del agua sufre una atracción,
y la componente vertical de su velocidad se agranda...
..haciendo que cambie su dirección y que aumente su velocidad.
El experimento es realizado por Foucault, Fizeau y Breguet en 1850..
...y el resultado es concluyente:
En el aire la luz va más deprisa que en el agua.
La teoría ondulatoria tiene razón.
Admitido el carácter ondulatorio de la luz,
un grave problema se presenta.
Todas las ondas necesitan de un medio material para propagarse:
Las ondas del estanque necesitan el agua;
las ondas sonoras, el aire.
¿Y la luz? ¿Cómo es posible que llegue desde el Sol hasta la Tierra,
si entre ellos solo existe el espacio vacío...
..por el que viajan los otros planetas?
La respuesta de los físicos es que ese espacio está ocupado por el éter,
una sustancia misteriosa.
Durante gran parte del siglo XIX,
muchos de ellos se dedican a estudiarla,
Poisson, Green, MacCullagh, Neuman, Stokes, Lord Kelvin,
Kirchhoff, Lord Rayleigh...
todos ellos trabajan en un éter elástico,
y aunque resuelven muchos problemas formales de Óptica,
los fundamentos de aquél permanecen en un estado insatisfactorio.
Porque si es elástico,
tendrá que ser muy rígido para que la velocidad de la luz sea tan grande.
Pero entonces,
¿cómo podrán surcarlo los planetas sin encontrar resistencia?
La respuesta parcial a este problema llega desde otra parte de la Física,
el Electromagnetismo.
Los trabajos de Oersted, Ampére y Faraday...
..son resumidos con éxito por James Clerk Maxwell...
..en un sistema de ecuaciones que revolucionan la ciencia.
La consecuencia más importante...
..es la posibilidad de obtener ondas electromagnéticas...
..propagándose en el vacío con una velocidad que depende...
..de las propiedades eléctricas y magnéticas del mismo.
Determinando la permitividad eléctrica del vacío, e(0),
y su permeabilidad magnética, µ(0), se puede conocer...
..la velocidad de propagación "c" de las ondas electromagnéticas.
Las medidas de Conraus y Weber...
..permiten a Maxwell obtener dicha velocidad.
Y el resultado es de 300.000 Kilómetros por segundo,
es decir, ¡igual a la velocidad de la luz en el vacío!
Esto conduce a Maxwell a una conclusión inevitable:
"La luz es una perturbación electromagnética en forma de ondas...
..que se propaga a través del éter".
La genial presunción de Maxwell...
..sobre la existencia de ondas electromagnéticas...
..es verificada experimentalmente por Hertz en el año 1888,
generando y detectando ondas electromagnéticas...
..de longitud de onda larga.
Tras los inventos de Marconi,
la transmisión por dichas ondas ha invadido nuestra vida...
..y es el motor del actual desarrollo tecnológico.
A pesar de ello, la teoría electromagnética de Maxwell...
..necesita del gran esfuerzo de sus seguidores...
..para ganar la aceptación general,
porque los físicos se resisten a abandonar los modelos mecánicos.
Hoy día, sin embargo,
creen firmemente en la existencia del campo, haya o no medio material,
y han abandonado la hipótesis sobre el éter.
Si en una región del espacio existe un campo electromagnético,
éste se propaga a otras regiones en forma de onda.
Si pudiéramos hacer una fotografía instantánea de la onda,
veríamos que la distancia entre dos valles o dos crestas es constante.
A dicha distancia se le denomina longitud de onda ? .
Si, parados en un punto,
pudiéramos seguir las variaciones del campo electromagnético en él,
observaríamos que el número de pulsaciones por segundo...
..es también constante.
A este número se le denomina frecuencia "v" de la onda.
Entre estas dos magnitudes características de toda onda...
..existe una importante relación:
"El producto de la longitud de onda por la frecuencia...
..es igual a la velocidad de propagación de la luz...
..en el medio correspondiente".
En la teoría electromagnética los distintos colores...
..son atribuidos a las distintas frecuencias.
La dispersión que sufre la luz en los diferentes medios...
..se interpreta a través de sus propiedades eléctricas y magnéticas.
Las longitudes de onda de los distintos colores...
..varían al pasar de un medio a otro,
pero las frecuencias permanecen constantes,
por lo que los colores no cambian.
Gracias al desarrollo de la interferometría...
..han podido medirse con gran precisión...
..las longitudes de onda de los distintos colores.
En este interferométro de Michelson,
un haz de luz láser incide sobre una lámina separadora
-espejo semitransparente-.
Allí se divide en dos haces iguales...
..que después de recorrer caminos diferentes,
interfieren sobre la pantalla...
..formando anillos concéntricos de luz y oscuridad.
Si interceptamos uno de los haces,
hasta la pantalla solo llega el otro, y no se observan interferencias.
Lo mismo sucede si interceptamos el otro haz.
Las interferencias solo se producen...
..cuando a la pantalla llegan los dos haces.
Si hacemos que avance el espejo donde se refleja uno de los haces,
el camino que recorre la luz se acorta,
y el sistema de anillos cambia.
Cada vez que la distancia varía en una longitud de onda,
surge un anillo en la parte central.
Contando el número de anillos que aparecen...
..se puede determinar la longitud de onda ?.
Para el espectro visible,
todas ellas están comprendidas entre 0,78 milésimas de milímetro -micras-
para el extremo rojo del espectro y 0,38 para el extremo azul.
Como se conoce el valor de la velocidad de la luz en el vacío,
que es el mismo para todas las ondas electromagnéticas,
se pueden determinar las frecuencias correspondientes...
..a las ondas del espectro luminoso.
Éstas resultan ser muy elevadas,
alrededor de mil billones de pulsaciones por segundo.
Es imposible medirlas de manera directa,
incluso utilizando la tecnología actual.
Según la teoría electromagnética,
el espectro luminoso consta de infinidad de colores,
todos ellos comprendidos entre el extremo rojo y el extremo azul.
En el vacío todos los colores se desplazan a la misma velocidad;
en los medios materiales refringentes,
cada color se desplaza a una velocidad distinta.
Además, las ondas electromagnéticas de Maxwell son ondas transversales:
la vibración se realiza en una dirección perpendicular...
..a la de propagación, tal y como Young las había imaginado.
En resumen, con las ecuaciones de Maxwell...
..se interpretan perfectamente todos los fenómenos concernientes...
..a la propagación de la luz:
reflexión y refracción, reflexión total y ángulo límite,
ecuaciones de Fresnel, interferencias,
difracción y polarización.
El triunfo de las ondas electromagnéticas es arrollador.