Luz

Etimología y definición: Luz (Del latín, 'lux, lucis') es el agente físico que hace visibles los objetos. Claridad que irradian los cuerpos en combustión, ignición o incandescencia. (DRAE).

Definición física: En términos físicos, la luz no es más que una onda electromagnética cuya frecuencia será la que determine en qué lugar del espectro luminoso se sitúa. El espectro abarca desde las ondas de radio, pasando por las microondas, el infrarrojo, la luz visible, la radiación ultravioleta, los rayos X y, finalmente, los rayos gamma. Todas estas emisiones son producidas por la misma fuente de luz que nos ilumina cada día.

Luz visible: Es una estrecha región del espectro electromagnético comprendida entre una longitud de onda que va desde los 780 nm (rojo) hasta los 380 nm (violeta). Los colores del espectro se ordenan como en el arco iris, formando el llamado espectro visible.

Objetos visibles: Hay dos tipos de objetos visibles. Aquellos que por sí mismos emiten luz y los que la reflejan. El color de los objetos reflectores dependerá de su absorción y del espectro de la luz que incida sobre ellos.

Luz blanca: Se produce cuando el conjunto de todas las longitudes de onda del espectro visible están en proporciones iguales. Cada longitud de onda corresponde a un color diferente desde el rojo oscuro hasta el violeta.

Hasta mediados del siglo XVII se creía que la luz estaba formada por corpúsculos que eran emitidos por los focos luminosos tales como el sol o la llama de una vela que viajaban en línea recta y atravesaban los objetos transparentes pero no los opacos, excitando el sentido de la vista al penetrar en el ojo.

Sobre esas fechas, sin embargo, empezó a abrirse paso la teoría de que en realidad se trataba de algún tipo de fenómeno ondulatorio.

Christian Huygens demostró en 1660 que las leyes de la óptica podían explicarse basándose en la suposición de que la luz tenia naturaleza ondulatoria. En aquel momento la teoría ondulatoria de la luz no fue aceptada.

En 1827 los experimentos de Thomas Young y Augustin Fresnel sobre interferencias y otros experiencias posteriores de León Foucault sobre medidas de velocidad de la luz en el seno de líquidos, mostraron que la teoría corpúscular era poco apropiada para explicar determinados fenómenos ópticos.

En 1873 los experimentos de James Clerk Maxwell permitieron demostrar que la velocidad de las ondas electromagnéticas era sensiblemente igual que la hallada para la luz, de donde se dedujo que la naturaleza de ésta debia ser la misma que la de las ondas electromagnéticas de frecuencia extremadamente corta. Esta teoria se demostró cierta en los experimentos realizados por Hertz en 1888. A finales del siglo XIX se creia que el conocimiento acerca de la naturaleza de la luz era completo; pero no era así.

La teoría electromagnética clásica no podía explicar la emisión de electrones por un conductor cuando incide luz sobre su superficie, conocido como efecto fotoeléctrico, descubierto por Albert Einstein quien, en 1905, amplió una idea propuesta antes por Planck y postuló que la energía de un haz luminoso se hallaba concentrada en pequeños paquetes cuantos de energía. Aun así el fotón tiene una frecuencia, y su energía es proporcional a ella. El mecanismo del efecto fotoeléctrico consistiría en la transferencia de energía de un fotón a un electrón (efecto Compton). Los experimentos de Millikan demostraron que la energía cinética de los fotoelectrones coincidía exactamente con la dada por la fórmula de Einstein.

El punto de vista actual dualidad , es aceptar el hecho de que la luz parece tener una doble naturaleza que explica de forma diferente los fenómenos de la propagación de la luz y de la interacción de la luz y la materia.

Velocidad de la Luz

La velocidad de la luz en el vacío según la Teoría de la Relatividad de Einstein es una constante para todos los observadores y se representa mediante la letra c (del latín celeritas). El valor de la velocidad de la luz se asigna arbitrariamente, y a partir de él se obtienen patrones para la medida del tiempo y del espacio. En el SI se toma el valor:

c = 299.792.458 m/s

Galileo Galilei (1564-1642), físico y astrónomo italiano, fue el primero en intentar medir la velocidad de la luz pero fue Ole Roemer (1644-1710), astrónomo danés, quien calculó en 1676 a partir de los eclipses de las lunas de Júpiter que la velocidad de la luz era de aproximadamente 225.302 km/s.

Ninguna señal que contenga información puede transmitirse a velocidades superiores a la velocidad de la luz en el vacío. Este hecho es explicado en el marco de la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein y es una consecuencia del Principio de causalidad.

La luz se propaga a velocidades menores en medios dieléctricos. Cuando en un medio material una partícula supera la velocidad de la luz en dicho medio se produce una emisión secundaria de luz denominada radiación Cherenkov. Éste efecto se observa en reactores nucleares que utilizan el agua para apantallar emisiones de neutrones así como en los grandes detectores de neutrinos de agua pesada como el Kamiokande. También se produce un tipo de radiación Cherenkov en la alta atmósfera terrestre por el impacto de rayos cósmicos y otras partículas de muy alta energía.

Algunas teoría cosmológicas apuntan la posibilidad de que el valor de la velocidad de la luz en el vacío podría haber variado a lo largo de la historia del Universo aunque no hay datos observacionales que permitan demostrar esta hipótesis.

¿Se puede superar c?

Numerosas han sido las voces que han dicho que se había superado la velocidad de la luz. Lo cierto es que con la física actual es difícil concebir tal logro entre otras cosas porque esta barrera forma parte intrínseca de la propia estructura del espaciotiempo. No és extraño que sean los propios físicos los más acérrimos defensores de la insuperabilidad de la velocidad de la luz. Algo difícilmente comprensible por los no entendidos en relatividad y tachado numerosas veces de visión fundamentalista. Pero eso es debido a un profundo desconocimiento de la relatividad. Muchas de las veces en que se ha dicho que se superaba c no han resultado ser más que observaciones totalmente acordes con la teoría de Einstein teñidas de un toque de sensacionalismo por los medios de comunicación, bastante ignorantes por lo que a física respecta. Hoy el físico medio, cuando trata estos temas, está ya demasiado alejado del sentido común; por ello ha sido encomiable la labor de Stephen Hawking o Carl Sagan, por difundir unos conocimientos que, de otra forma estarían vedados al gran público, tan solo por simple incomprensión de la terminología usada. Es importante que quede, pues, bien claro que no es por dogmatismo ni cerrazón de ideas por lo que se dice que no se puede superar la velocidad de la luz en el vacío. Es simple constatación de las leyes que rigen nuestro universo. Sin esa premisa no se entienden los demás fenómenos observados que no han hecho sino corroborar una y otra vez las teorías de Einstein. No se trata de negar que no pueda surgir una teoría mejor, sino de decir que en caso de que surja, cosa que es bastante probable que pase pues la relatividad y la cuántica no casan, esta teoría unificada no vendría más que a englobar a la relatividad. Se convertiría en una teoría más amplía. Exactamente de la misma forma que ocurrió con las teorías de Newton cuando Einstein las superó, por así decirlo.

Para más información ir al siguiente enlace: ¿Es posible superar la velocidad de la luz?

Onda electromagnética
Fotón
Espectro electromagnético