4.1 NATURALEZA DE LA LUZ La luz es una forma de energía que emiten los cuerpos luminosos y que percibimos mediante el sentido de la vista. La luz es una refracción que se propaga en formas de ondas, aunque también se propaga en línea recta en forma de corpúsculos. La luz emitida por las fuentes luminosas es capaz de viajar a través de materia o en ausencia de ella, aunque no todos los medios permiten que la luz se propague a su través. Desde este punto de vista, las diferentes sustancias materiales se pueden clasificar en opacas, traslúcidas y transparentes. Aunque la luz es incapaz de traspasar las opacas, puede atravesar las otras. Las sustancias transparentes tienen, además, la propiedad de que la luz sigue en su interior trayectorias definidas. Éste es el caso del agua, el vidrio o el aire. En cambio, en las traslúcidas la luz se dispersa, lo que da lugar a que a través de ellas no se puedan ver las imágenes con nitidez. El papel vegetal o el cristal esmerilado constituyen algunos ejemplos de objetos traslúcidos. En un medio que además de ser transparente sea homogéneo, es decir, que mantenga propiedades idénticas en cualquier punto del mismo, la luz se propaga en línea recta. Esta característica, conocida desde la antigüedad, constituye una ley fundamental de la óptica geométrica. Dado que la luz se propaga en línea recta, para estudiar los fenómenos ópticos de forma sencilla, se acude a algunas simplificaciones útiles. Así, las fuentes luminosas se consideran puntuales, esto es, como si estuvieran concentradas en un punto, del cual emergen rayos de luz o líneas rectas que representan las direcciones de propagación. Un conjunto de rayos que parten de una misma fuente se denomina haz. Cuando la fuente se encuentra muy alejada del punto de observación, a efectos prácticos, los haces se consideran formados por rayos paralelos. Si por el contrario la fuente está próxima la forma del haz es cónica. La naturaleza de la luz ha sido objeto de la atención de filósofos y científicos desde tiempos remotos. Ya en la antigua Grecia se conocían y se manejaban fenómenos y características de la luz tales como la reflexión, la refracción y el carácter rectilíneo de su propagación, entre otros. No es de extrañar entonces que la pregunta ¿qué es la luz? se planteara como una exigencia de un conocimiento más profundo. Los griegos primero y los árabes después sostuvieron que la luz es una emanación del ojo que se proyecta sobre el objeto, se refleja en él y produce la visión. El ojo sería, pues, el emisor y a la vez el receptor de los rayos luminosos. A partir de esa primera explicación conocida, el desarrollo histórico de las ideas sobre la naturaleza de la luz constituye un ejemplo de cómo evolucionan las teorías y los modelos científicos a medida que, por una parte, se consolida el concepto de ciencia y, por otra, se obtienen nuevos datos experimentales que ponen a prueba las ideas disponibles. MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DE LA LUZ La composición y velocidad de la luz han sido estudiadas por filósofos, teólogos y científicos durante cientos de años. Los griegos fueron los primeros en escribir acerca de sus creencias sobre la luz. Pensaban que emanaba de los objetos y que la visión humana se emitía desde los ojos para capturar la luz. Al comienzo del siglo XVII muchos científicos creían que no había tal cosa como la velocidad de la luz, pensaban que la luz podía viajar cualquier distancia en forma instantánea. Galileo no estaba de acuerdo y diseñó un experimento. La velocidad de la luz (representada mediante c) actualmente no es una magnitud medida, sino que se ha establecido un valor fijo en el Sistema Internacional de Unidades. Desde 1983 el metro ha sido definido como la longitud que viaja la luz en el vacío en el intervalo de tiempo 1/299792.458 de un segundo, de forma que la velocidad de la luz se define exactamente 299792.458 km/s. Antes de la centuria de 1700 se aceptaba que la luz se transmitía de forma instantánea. Su fundamento estaba bien establecido mediante la observación de eclipses, pero el error fue no considerar que la velocidad podía ser tan grande que no se detectara ningún efecto. Medidas basadas en observaciones astronómicas Ole Roemer (1644-1710), fue el primero en medir la velocidad de la luz en 1676. Detectó que el tiempo entre los eclipses del satélite Io de Júpiter era menor cuando la distancia a la Tierra decrecía, y viceversa. El satélite queda oculto por la sombra que proyecta el planeta Júpiter, y se puede detectar fácilmente el momento en el que el satélite aparece de nuevo tras desaparecer brevemente de la vista del observador terrestre. Obtuvo un valor de 214000 km/s, aceptable dada la poca precisión con la que se podía medir en aquella época la distancia de los planetas. En 1728 James Bradley (1692-1762) estudió la velocidad observando las aberraciones de las estrellas, que es el desplazamiento aparente de las estrellas debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol. Obtuvo un valor de 301000 Km/s. Medidas sobre la Tierra Galileo (1564-1642) dudó que la velocidad de la luz fuera infinita y describió un experimento. Dos personas toman una lámpara con rejillas y se colocan en la cima de dos montañas diferentes. Una abría la rejilla de su lámpara y la otra debía abrir la suya tan pronto como viera la luz de la lámpara del primero. De esta manera se podía calcular cuánto tiempo habría pasado antes de que se viera la luz de la otra montaña. La velocidad de la luz es tan elevada que es imposible detectarla mediante un experimento de este tipo. Armand Fizeau (1818-1868) en 1849 usó un haz de luz reflejado en un espejo a ocho Km. de distancia. El haz pasa a través de una rueda dentada cuya velocidad se incrementa hasta que el haz de retorno ha pasado completo el hueco siguiente. El valor obtenido es 315000 Km/s. Usando espejos en rotación, Leon Foucault (1859-1868) en 1850, obtuvo un valor de 298.000 Km/s. Pruebas acertadas Albert Abraham Michelson (1852-1931), en 1879, durante una reunión de la Asociación Americana para el Progreso de la Ciencia, presentó el método que había utilizado para determinar la velocidad de la luz, que halló ser de 300091 km/s, si bien en 1926, como consecuencia de los estudios que realizó en el observatorio de Monte Wilson, dio como valor más correcto el de 299520 Km/s. En Estados Unidos, colaboró con Edward W. Morley (1838-1923) para realizar una serie de experimentos con el interferómetro para conocer la influencia que el movimiento de la Tierra pudiera ejercer sobre un supuesto éter. Estos trabajos probaron la constancia de la velocidad de la luz, siendo la base del principio de la relatividad de Einstein. En 1907 recibió el premio Nobel de Física. En 1907 Rosa y Dorsey lograron un valor de 299788 Km/s, el más exacto hasta el momento. Se han empleado otros métodos para mejorar la exactitud. En 1958, Froome llegó al valor de 299792.5 Km/s, mediante un interferómetro de microondas y una celda Kerr. A partir de 1970 con el desarrollo de aparatos de láser con una estabilidad espectral muy grande y relojes de cesio exactos, ha sido posible mejorar las medidas, llegando a ser conocida con tan sólo un error de un m/s