Historia de la luz

Al igual que en el caso del estudio de la materia, con la luz vamos a volver a encontrarnos con Empédocles. Como ya dijimos, Empédocles es el padre de la teoría de las cuatro raices y, dentro de ésta, consideraba que Afrodita había hecho el ojo humano a partir de los cuatro elementos y había encendido el fuego que hacía posible la visión. Más allá de la leyenda, Empédocles, consideraba que había una interacción entre los rayos que salían de los ojos y los rayos procedentes de fuentes luminosas como el sol.

Dentro de la Grecia clásica quizas fuera Euclides el que más avanzó en el estudio de la luz y de la óptica. Euclides, en su tratado Óptica, realiza un estudio matemático de la luz, elaborando postulados importantes, relativos a la naturaleza de la luz y afirmando que la luz viaja en línea recta. Además, Euclides, describe las leyes de la reflexión y las estudia desde el punto de vista matemático.

Euclides

Dentro de los científicos griegos, en relación al estudio de la luz, es necesario destacar a Herón de Alejandría (formuló el principio de que la luz recorre el camino más corto entre dos puntos) y Claudio Ptolomeo que realizó un estudio de las propiedades de la luz que está recogido en su tratado Óptica.

Saltando casi 1.000 años, nos encontramos con un personaje importantísimo: Alhazen. Alhazen fue un científico árabe que vivió a caballo de los siglos X y XI de nuestra era y que desarrolló un importante trabajo en óptica además de en otras disciplinas (astronomía, física, etc.). Alhazen es uno de los primeros en afirmar que la vista es consecuencia de la incidencia de la luz en el ojo y no debida a un rayo que sale del ojo hacia los objetos visionados (tal y como afirmaba la tradición ptoloméica). Alhazen consideraba la luz como flujos de pequeñas partículas que se reflejaban sobre los objetos y viajaban en línea recta hasta el ojo. Además postula que la luz viaja a una gran velocidad pero no infinita y afirma que la refracción de la luz está causada por la diferencia en la velocidad de propagación de la luz entre los distintos medios.

Alhazen

Pasarían prácticamente 600 años hasta que vuelva a haber avances significativos en el conocimiento de la luz. A lo largo de esos 600 años se desarrolla la óptica y quizás lo más destacable sea el trabajo de Roger Bacon relativo a la óptica, que se basa en las obras de Ptolomeo y Alhazen.

Tras este salto de seis siglos nos encontramos, a comienzos del siglo XVII, con una figura clave en la historia de la luz: Johannes Kepler.  Kepler realizó un considerable trabajo matemático en relación con la óptica, derivando la primera teoría matemática relativa a la cámara oscura. Kepler, elaboró hipótesis acertadas, relativas al funcionamiento del ojo humano y determino la relación entre la intensidad observada de una fuente luminosa y la distancia a dicha fuente. Sin embargo, Kepler se equivocó al considerar que la velocidad de la luz era infinita. El trabajo de Kepler sirvió como base para la construcción del telescopio por parte de Galileo.

Johannes Kepler

Tras Kepler, el estudio de la luz y de la óptica a lo largo de los dos primeros tercios del siglo XVII está lleno de nombres importantes en ciencia: Thomas Harriot, René Descartes, Pierre de Fermat, Willebrord Snel van Royen, Bonaventura Cavalieri y James Gregory (descubridor de la difracción), entre otros, hicieron aportaciones notables a la óptica y al estudio de la luz pero, para no alargar en exceso esta descripción vamos a centrarnos en tres figuras clave del mismo siglo XVII.

El último tercio del siglo XVII fue muy fructífero en relación al estudio de la naturaleza de la luz. Por una parte, el holandés Christian Huygens y el inglés Robert Hooke desarrollan la primera teoría ondulatoria de la naturaleza de la luz basándose en ideas previas de René Descartes. Por otra parte, Isaac Newton, después de muchos estudios, publica en 1672 su teoría del color y en ella postula su teoría corpuscular de la luz proporcionando evidencias experimentales de que la luz está formada por corpúsculos que viajan en línea recta. La teoría corpuscular de Newton fue duramente criticada por Hooke y Huygens abriéndose, de esta forma, una discusión que se mantendría durante los doscientos siguientes años.

Isaac Newton

Otro avance destacable, realizado en el siglo XVII, fue la primera determinación de la velocidad de la luz realizada por el danés Ole Rømer en 1676.

El prestigio de Newton hace que la teoría corpuscular de la luz mantenga no sea discutida hasta que Leonhard Euler publica, en 1747, su trabajo sobre óptica. Euler, defiende la teoría ondulatoria sobre la base de la dificultad en explicar la difracción a través de la teoría corpuscular. La teoría ondulatoria de Euler recibe un gran soporte a través de los experimentos de interferencia de Thomas Young en 1797. A comienzos del siglo XIX, Augustin Fresnel, a través de una serie de experimentos y publicaciones consolida la teoría ondulatoria de la luz.

Ya situados en el siglo XIX y antes de acercarnos a dos figuras clave en el estudio de la luz, merece la pena citar a algunos científicos que realizaron aportaciones importantes durante esta centuria: Étienne-Louis Malus,  Joseph von Fraunhofer,  Robert Bunsen, Gustav Kirchhoff o Hippolyte Fizeau (que determinó la velocidad de la luz como 300.000 Km/s en 1849 sin usar mediciones astronómicas).

El siguiente hito a considerar en el estudio clásico de la luz se produce en 1845 cuando Michael Faraday descubre el efecto que lleva su nombre (rotación del plano de polarización de la luz por un campo magnético). Faraday propone que los efectos magnéticos y eléctricos asociados a la materia tienen influencia sobre la propagación de la luz. Realizando, de esta forma, el primer acercamiento entre materia y luz.

Sobre la base de los experimentos realizados por Faraday, el escocés James Maxwell se da cuenta de la relación existente entre electricidad, magnetismo y luz y desarrolla la formulación matemática del campo electromagnético que se concreta en las famosas ocho ecuaciones de Maxwell.

James Maxwell

Maxwell termina, de esta forma, con la teoría corpuscular de Newton al afirmar que la luz es una onda. Sin embargo, las ondas para su propagación, de acuerdo al conocimiento existente en la época, requerían de la existencia un medio elástico (por ejemplo, la superficie del agua, el aire, una cuerda de un instrumento, un parche de un tambor, etc.) sobre el que se propagan. Este hecho hizo que se postulase la existencia de una substancia denominada éter que proporcionaba el soporte a la transmisión de ondas electromagnéticas. Como veremos, la existencia del éter fue breve y controvertida.