{"id":10494,"date":"2014-01-24T07:23:15","date_gmt":"2014-01-24T06:23:15","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=10494"},"modified":"2014-01-24T07:23:15","modified_gmt":"2014-01-24T06:23:15","slug":"%c2%bfque-es-la-luz-2","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2014\/01\/24\/%c2%bfque-es-la-luz-2\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es la Luz?"},"content":{"rendered":"

\"File:USA<\/p>\n

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Aqu\u00ed tenemos un rayo de luz solar dispersado por part\u00edculas de polvo en el can\u00f3n del Ant\u00edlope, en Estados Unidos. La luz es definida en cualquier diccionario de f\u00edsica como una forma de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica a la que el ojo humano es sensible y sobre la cual depende nuestra consciencia visual del universo y sus contenidos que son captados por nuestros ojos gracias a la existencia f\u00edsica de la luz. Hemos podido comprobar el comportamiento de la luz, sus caracter\u00edsticas y sus manifestaciones. El estudio de la luz revela una serie de caracter\u00edsticas y efectos al interactuar con la materia, que permiten desarrollar algunas teor\u00edas sobre su naturaleza.<\/p>\n

\"File:Onde<\/p>\n

La luz presenta una naturaleza compleja: depende de c\u00f3mo la observemos se manifestar\u00e1 como una onda o como una part\u00edcula. Estos dos estados no se excluyen, sino que son complementarios -dualidad onda – corp\u00fasculo-.\u00a0 Sin embargo, para obtener un estudio claro y conciso de su naturaleza, podemos clasificar los distintos fen\u00f3menos en los que participa seg\u00fan su interpretaci\u00f3n te\u00f3rica.<\/p>\n

La teor\u00eda ondulatoria fue\u00a0 desarrollada por Chistiaan Huygens, en ella se considera que la luz es una onda electromagn\u00e9tica, consistente en un campo el\u00e9ctrico que var\u00eda en el tiempo generando a su vez un campo magn\u00e9tico y viceversa. La teor\u00eda corpuscular. La teor\u00eda corpuscular estudia la luz como si se tratase de un torrente de part\u00edculas sin carga y sin masa\u00a0 llamadas fotones<\/a>, <\/strong>capaces de transportar todas las formas de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica. Esta interpretaci\u00f3n resurgi\u00f3 debido a que, la luz, en sus interacciones con la materia, intercambia energ\u00eda s\u00f3lo en cantidades discretas (m\u00faltiplos de un valor m\u00ednimo) de energ\u00eda denominadas cuantos.\u00a0 Este hecho es dif\u00edcil de combinar con la idea de que la energ\u00eda de la luz se emita en forma de ondas, pero es f\u00e1cilmente visualizado en t\u00e9rminos de corp\u00fasculos de luz o fotones<\/a>.<\/p>\n

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Existen tres efectos que demuestran el car\u00e1cter corpuscular de la luz. Seg\u00fan el orden hist\u00f3rico, el primer efecto que no se pudo explicar por la concepci\u00f3n ondulatoria de la luz fue la radiaci\u00f3n del cuerpo negro. Un cuerpo negro<\/strong> es un radiador te\u00f3ricamente perfecto que absorbe toda la luz que incide en \u00e9l y por eso, cuando se calienta se convierte en un emisor ideal de radiaci\u00f3n t\u00e9rmica, que permite estudiar con claridad el proceso de intercambio de energ\u00eda entre radiaci\u00f3n y materia.<\/strong><\/p>\n

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\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Max Planck<\/div>\n
Para poder explicarlo, Max Planck,\u00a0 al comienzo del siglo XX, postul\u00f3 que para ser descrita correctamente, se ten\u00eda que asumir que la luz de frecuencia \u03bd es absorbida por m\u00faltiplos enteros de un cuanto de energ\u00eda igual a h\u03bd<\/em>, donde h<\/em> es una constante f\u00edsica universal llamada constante de Planck<\/a>: E = hv.<\/div>\n
En 1905, Albert Einstein<\/a> utiliz\u00f3 la teor\u00eda cu\u00e1ntica reci\u00e9n desarrollada por Planck para explicar otro fen\u00f3meno no comprendido por la f\u00edsica cl\u00e1sica: el Efecto fotoel\u00e9ctrico. Este efecto consiste en que cuando un rayo monocrom\u00e1tico de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica ilumina la superficie de un s\u00f3lido (y, a veces, la de un l\u00edquido), se desprenden electrones<\/a> en un fen\u00f3meno conocido como fotoemisi\u00f3n\u00a0 o efecto fotoel\u00e9ctrico externo.<\/div>\n
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Einstein<\/a> demostr\u00f3 que el efecto fotoel\u00e9ctrico pod\u00eda ser explicado asumiendo que la luz incidente estaba formada de fotones<\/a> de energ\u00eda h\u03bd<\/em>, parte de esta energ\u00eda h\u03bd0<\/sub><\/em>se utilizaba para romper las fuerzas que un\u00edan el electr\u00f3n<\/a> con la materia, el resto de la energ\u00eda aparec\u00eda como la energ\u00eda cin\u00e9tica de los electrones<\/a> emitidos:<\/div>\n
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\"\\frac{1}{2}<\/dd>\n
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donde m<\/em> es la masa del electr\u00f3n<\/a>, vm\u00e1x<\/sub><\/em> la velocidad m\u00e1xima observada, \u03bd<\/em> es la frecuencia de la luz iluminante y \u03bd0<\/sub><\/em> es la frecuencia umbral caracter\u00edstica del s\u00f3lido emisor.<\/p>\n

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Diagrama de Feynman donde se muestra el intercambio de un fot\u00f3n<\/a> virtual (simbolizado por una l\u00ednea ondulada y \"\\gamma) entre un positr\u00f3n y un electr\u00f3n<\/a>. La necesidad de reconciliar las ecuaciones de Maxwell del campo electromagn\u00e9tico, que describen el car\u00e1cter ondulatorio electromagn\u00e9tico de la luz, con la naturaleza corpuscular de los fotones<\/a>, ha hecho que aparezcan var\u00edas teor\u00edas que est\u00e1n a\u00fan lejos de dar un tratamiento unificado satisfactorio. Estas teor\u00edas incorporan por un lado, la teor\u00eda de la electrodin\u00e1mica cu\u00e1ntica,\u00a0 desarrollada a partir de los art\u00edculos de Dirac, Jordan, Hesinberg y Pauli, y por otro lado la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica de de Broglie, Heisenberg y Schr\u00f6dinger.<\/p>\n

Paul Dirac dio el primer paso con su ecuaci\u00f3n de ondas (La ecuaci\u00f3n de Dirac<\/strong> de ondas relativista de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica fue formulada en 1928. Da una descripci\u00f3n de las part\u00edculas elementales\u00a0 de esp\u00edn<\/a> \u00bd, como el electr\u00f3n<\/a>,\u00a0 y es completamente consistente con los principios de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica la y de la teor\u00eda de la relatividad<\/a> especial. Adem\u00e1s de dar cuenta del esp\u00edn<\/a>, la ecuaci\u00f3n predice la existencia de antipart\u00edculas de),\u00a0 que aport\u00f3 una s\u00edntesis de las teor\u00edas ondulatoria y corpuscular, ya que siendo una ecuaci\u00f3n de ondas electromagn\u00e9ticas su soluci\u00f3n requer\u00eda ondas cuantizadas, es decir, part\u00edculas.<\/p>\n

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Han logrado captar la imagen de un electr\u00f3n<\/a> saltando de un \u00e1tomo a otro. Se public\u00f3 el 18 septiembre 2011. Un electr\u00f3n<\/a> tarda s\u00f3lo millon\u00e9simas de una mil millon\u00e9sima de un segundo para escapar de una mol\u00e9cula hu\u00e9sped. “Resulta que ahora tenemos las primeras fotos de lo que es el paso inicial en casi todas las reacciones qu\u00edmicas. Podemos ver no s\u00f3lo los \u00e1tomos y los n\u00facleos en una reacci\u00f3n qu\u00edmica. Ahora incluso podemos ver a los electrones<\/a>. Esas fueron las declaraciones del f\u00edsico Andreas Becker, de la Universidad de Colorado en Boulder.<\/p>\n

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Pero sigamos con la ecuaci\u00f3n de Dirac que, para algunos, tiene tanto m\u00e9rito como la ecuaci\u00f3n de campo de Einstein<\/a> de la relatividad<\/a> general. Ya que la ecuaci\u00f3n de Dirac fue originalmente formulada para describir el electr\u00f3n<\/a>, las referencias se har\u00e1n respecto a “electrones”, aunque actualmente la ecuaci\u00f3n se aplica a otros tipos de part\u00edculas elementales de esp\u00edn<\/a> \u00bd, como los quarks<\/a>. Una ecuaci\u00f3n modificada de Dirac puede emplearse para describir de forma aproximada los protones<\/a> y los neutrones<\/a> (que son fermiones<\/a>),\u00a0 estos \u00faltimos formados por part\u00edculas m\u00e1s peque\u00f1as llamadas quarks<\/a>, y que por tanto no son part\u00edculas elementales. La ecuaci\u00f3n de Dirac presenta la siguiente forma:<\/p>\n

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siendo m<\/em> la masa en reposo del electr\u00f3n<\/a>, c<\/em> la velocidad de la luz,\u00a0 p<\/em> el operador de momento, \"\\hbar\" la constante reducida de Planck,\u00a0 x<\/strong> y t<\/em> las coordenadas del espacio y el tiempo,\u00a0 respectivamente; y \u03c8<\/em> (x<\/strong>, t<\/em>) una funci\u00f3n de onda de cuatro componentes. La funci\u00f3n de onda ha de ser formulada como un espinor\u00a0 (objeto matem\u00e1tico similar a un vector que cambia de signo con una rotaci\u00f3n de 2\u03c0 descubierto por Pauli y Dirac) de cuatro componentes, y no como un simple escalar,\u00a0 debido a los requerimientos de la relatividad<\/a> especial. Los \u03b1 son operadores lineales que gobiernan la funci\u00f3n de onda, escritos como una matriz y son matrices de 4\u00d74 conocidas como matrices de Dirac<\/strong>.<\/p>\n

Es cierto que Paul Dirac dio el primer paso con su ecuaci\u00f3n de ondas que aport\u00f3 una s\u00edntesis de las teor\u00edas ondulatoria y corpuscular, ya que siendo una ecuaci\u00f3n de ondas electromagn\u00e9ticas su soluci\u00f3n requer\u00eda ondas cuantizadas, es decir, part\u00edculas. Sin embargo,\u00a0 existen a\u00fan muchas dificultades te\u00f3ricas sin resolverse, la incorporaci\u00f3n de nuevas teor\u00edas procedentes de la experimentaci\u00f3n con part\u00edculas elementales, as\u00ed como de teor\u00edas sobre el comportamiento de los n\u00facleos at\u00f3micos,\u00a0 nos han permitido obtener una formulaci\u00f3n adicional de gran ayuda.<\/p>\n

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Claro que, para conocer la luz fue necesario que muchas mentes intervinieran y aportaran sus pensamientos: Augustin Fresnel, Hippolite Fizeau, James Bradley, George Airy, Albert Michelson y Edward Morley y antes que ellos el mismo Newton<\/a> y, por terminar no podemos dejar fuera a Einstein<\/a> que marc\u00f3 ese l\u00edmite de velocidad en nuestro universo que est\u00e1 otorgado a la Luz. En 1905, Albert Eionstein dio una explicaci\u00f3n satisfactoria con su teor\u00eda de la relatividad<\/a> especial, en la que, en su segundo postulado propone que la velocidad de la luz es is\u00f3tropa,\u00a0 es decir, independiente del movimiento relativo del observador o de la fuente, y, marc\u00f3 la imposibilidad de superar la velocidad de la luz en nuestro universo, toda vez que, a medida que un cuerpo se acerca a ese l\u00edmite de 299.792.458 metros por segundo, va adquiendo masa que llegar\u00eda al infinito en el l\u00edmite de esa velocidad, lo que hace imposible poder alcanzarla.<\/p>\n

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De la luz nos podr\u00edamos estar aqu\u00ed hablando a\u00f1os y a\u00f1os sin llegar a saber lo que realmente es. Sabemos que est\u00e1 hecha de part\u00edculas que hemos denominado con el nombre de fotones<\/a>. Decimos que un fot\u00f3n<\/a> es una part\u00edcula con masa en reposo nula consistente en un cuanto de radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica y, como hemos dicho antes, es considerado como una unidad de energ\u00eda\u00a0 igual a\u00a0 hf, donde h es la constante de Planck<\/a> y f es la frecuencia de la radiaci\u00f3n en hertzios. Sabemos que los fotones<\/a> viajan a la velocidad de la luz y que son necesarios para explicar el efecto fotoel\u00e9ctrico y otros fen\u00f3menos que requieren que la luz tenga car\u00e1cter de part\u00edcula.<\/p>\n

En mi ignorancia, no dejo de dar vueltas y preguntarme que, si el fot\u00f3n<\/a> no tiene masa pero sin embargo tiene energ\u00eda… \u00bfNo quedamos en que la energ\u00eda es masa y la masa es energ\u00eda (E = mc2<\/sup>)? \u00bfC\u00f3mo podemos explicar eso? Creo que no hemos caido en la cuenta del hecho cierto de que la luz, amigos m\u00edos, es el exponente m\u00e1s liviano de la materia pero, no por ello el m\u00e1s sencillo. La luz est\u00e1 presente en todo lo material y a veces, toma adopta formas inmateriales para poder llevar a cabo algunos fen\u00f3menos que a\u00fan no hemos sabido explicar como, por ejemplo, \u00a1los pensamientos! En nuestros cerebros tambi\u00e9n est\u00e1 presente la luz y, sin ella, no podr\u00edamos pensar.<\/p>\n

emilio silvera<\/p>\n

Diversas fuentes<\/p>\n

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