Por principio, el color es una percepción en
el órgano visual de quien lo contempla. Y esta percepción se da gracias a la
luz, que es una porción de la amplia gama de energía que el sol irradia
constantemente. Podemos ver las cosas que nos rodean, y apreciar su color
porque éstas emiten luz (cuerpos luminosos) o reflejan la luz que reciben
(cuerpos iluminados).
El color es
lo que vemos cuando llega a nuestros ojos la luz reflejada por un objeto. Todo
cuerpo iluminado absorbe una parte de las ondas de luz y refleja las restantes.
Existen numerosas fuentes emisoras de luz (el sol, las lámparas fluorescentes,
incandescentes, el fuego, etc.) y cada una afecta considerablemente la manera
en que percibimos los colores.
La más
importante de las fuentes de luz es el sol. La luz del sol está formada por un
amplio espectro de radiaciones que se agrupan en un espectro continuo que
comprende desde longitudes de onda muy pequeñas (1 picómetro = 1pm, equivale a
la billonésima parte de un metro) hasta longitudes de onda muy grandes (de más
de 1 kilómetro).
Cada
longitud de onda visible define un color diferente. El ser humano tan sólo es
capaz de visualizar un subconjunto de las longitudes de onda existentes: las
que van desde 380 nanómetros (1 nanómetro equivale a una millonésima de
milímetro), que corresponden al color violeta, hasta los 730 nanómetros, que
corresponden al color rojo. A esta porción de colores que vemos, se le llama espectro visible.
Dependiendo
de la persona y las condiciones del entorno, el ojo humano es capaz de percibir
hasta cerca de un millón de colores.
La suma de
todos los colores (longitudes de onda) da como resultado la luz blanca, siendo
el color negro u oscuridad la ausencia de colores.
FUENTE BIBLIOGRÁFICA: HUTCHISON,
Niels. Documento Música para la medida: En el 300 aniversario de Newton
Opticks. Color y Música. 2004. [↩] GOETHE,
Johann Wolfgang von. Teoría de los colores. Colegio Arquitectura Técnica de
Murcia, 1992. Madrid – ESPAÑA. [↩]
¿Por qué no todos vemos los colores de la
misma forma?
No es tan simple como parece.
El
color no es algo tan objetivo como podríamos pensar: nuestro cerebro decide qué
color estamos viendo, basándose en la luz que le llega a través de nuestros
ojos, y hay un alto grado de variabilidad en
la manera en la que vemos los colores.
¿Cómo pueden los colores engañar a
nuestro cerebro?
De muchas maneras...
Sombras
y posiciones
El sombreado y el posicionamiento
pueden cambiar lo que creemos de lo que vemos.
¿Tres
o cuatro colores?
Rojo,
rosado, verde y blanco. Esos son los cuatro colores que
muchos piensan que hay en esta imagen.
Pero en realidad sólo hay tres: rojo,
verde y blanco.
Cuando los cuadros rojos están al
lado de los verdes, el cerebro los interpreta como rojos. Cuando están al lado
de los blancos, los ve como rosados.
Compara A y B
H. ALDELSON
La mayoría de las personas piensan
que el cuadrado A es negro y el B es blanco.
Pero A y B son del mismo tono de gris
en esta imagen.
El
cerebro se ajusta así porque los cuadros hacen
parte de un patrón cuadriculado.
¿Qué
número?
Si tu visión es normal, deberías
poder ver el número 6.
Pero
si tienes el tipo de daltonismo que te impide distinguir entre el rojo y el
verde, te quedará difícil.
Colores
confusos
El negro científicamente, no es un color. Los objetos
negros absorben la luz; los otros colores la reflejan hacia nuestros ojos.
La luz
rosada no existe realmente: para crear el rosa, nuestros
cerebros tienen que mezclar longitudes de onda rojas y violetas.
El blanco es todos los colores: la luz blanca es una
mezcla de todos los colores del espectro visible
Recuperadode: Helen Czerski, Física y presentadora de la serie de la
BBC "Colour: The Spectrum of Science" 29 noviembre 2015 http://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/11/151125_colores_bbc_iwonder_vemos_diferente_finde_dv
Esta pregunta aparentemente
inocente ha hecho que científicos, filósofos y teólogos se hayan quebrado la
cabeza durante más de dos milenios tratando de responderla. Los antiguos
griegos, por ejemplo, no tenían bien clara la diferencia entre luz y visión.
Pitágoras y Demócrito postularon que la visión consistía en imágenes que
viajaban de los objetos a los ojos. Para otros, como Euclides y Herón, la luz
consistía de “rayos visuales” que emergían de los ojos y viajaban a los
objetos. Es difícil imaginar de qué rayos estaban hablando. De cualquier modo,
fue hasta aproximadamente el año 1000 d.C. cuando el sabio árabe Alhazen hizo
una distinción clara entre luz y visión postulando que la luz era un ente
físico y que la visión se genera cuando el ojo recibe dicho ente.
¡Es una
partícula!... y lo digo yo que soy Newton
La ciencia moderna nació después
de la revolución de Copérnico en el siglo XV, pero la discusión científica
sobre la naturaleza de la luz, al menos como la entendemos ahora, comenzó hasta
el siglo XVII con el nacimiento de la óptica moderna. Los experimentos
realizados mostraban que un rayo de luz cambiaba su dirección al pasar de un
medio a otro, por ejemplo del agua al aire. Este fenómeno conocido como
refracción intrigaba a científicos y a genios como René Descartes, Willebrord
Snell, Johanes Kepler y Pierre de Fermat que trataron de explicarlo y
describirlo cuantitativamente. Aunque todos ellos jugaron un papel importante
en la descripción cuantitativa del fenómeno, Descartes fue el único que postuló
un mecanismo más bien cualitativo. Para él la propagación de la luz era similar
al movimiento de un proyectil en un medio, como una bala en el aire. Es por
ello que Descartes postuló la existencia de un plenum, una especie de sustancia
etérea que permeaba todo el universo y que al ser perturbada se producía en
ella un movimiento ondulatorio que después se transmitía por el espacio desde
la fuente de luz hasta los ojos. Una buena analogía serían las ondas que
produce una piedra al caer en un estanque. La piedra es el objeto luminoso, el
agua del estanque es el plenum y las ondas en la superficie del agua son la luz
percibida.
Otro
descubrimiento importante en el siglo XVII fue realizado por Francesco M.
Grimaldi. Este experimentador describió algunas franjas proyectadas en una
pantalla por un haz de luz que había pasado por el borde de algún obstáculo.
Este hecho demostró que la luz no siempre viaja en línea recta sino que los
obstáculos que encuentra en su camino la desvían. Grimaldi propuso de nuevo que
la luz debía tratarse de una onda ya que algunos fenómenos ondulatorios en
fluidos también tienen este comportamiento que se conoce como difracción. No
obstante, los experimentos de Grimaldi eran motivo de continuo debate, y a
muchos los resultados les parecían errores experimentales.
Los
máximos representantes de la teoría ondulatoria de la luz fueron Robert Hooke y
Christian Huygens. Este último publicó en 1690 su Tratado de la luz, donde
propone que la luz es la perturbación de un medio llamado eter luminífero (más
o menos lo mismo que el plenum de Descartes). En dicho libro se sentaron las
bases de importantes principios físicos y matemáticos para el entendimiento y
la descripción de la naturaleza ondulatoria de los fenómenos lumínicos.
Pero
sin duda alguna el científico más importante, productivo, genial, famoso e
influyente del siglo XVII fue Isaac Newton. Él, a diferencia de la mayoría de
sus contemporáneos, pensaba que la luz era una partícula. Newton fue de los
primeros en darse cuenta de que al pasar la luz blanca por un prisma, ésta se
descomponía en varios colores. Propuso que la luz de cada color debía estar
compuesta de un tipo de partícula diferente. Newton sabía además que la luz se
reflejaba en superficies planas de la misma forma en que, por ejemplo, una
pelota rebota en una pared. A pesar de su orgullo, Newton hizo maromas para
explicar la difracción por medio de su teoría corpuscular. Sin embargo se dio
cuenta de que era necesaria también la perturbación ondulatoria de cierto
medio.
No
obstante, su postura seguía siendo la misma: mientras para Huygens la luz era
la perturbación misma del medio, para Newton la luz era el movimiento de
partículas en un medio.
Newton
hizo enormes avances en mecánica, astronomía, matemáticas, gravitación y
óptica. A pesar de que la teoría ondulatoria de la luz tenía muchos puntos a
favor, el peso de la autoridad de Newton hizo que su teoría corpuscular
predominara durante casi cien años en el ambiente de la ciencia. Hubo que
esperar hasta el siglo XIX para que la historia diera otro giro.
¡Es una onda!... y
lo decimos nosotros los físicos experimentales
Con
el siglo XIX llegó el triunfo de la teoría ondulatoria de la luz. Los avances
en experimentación hicieron posible recolectar una enorme cantidad de
evidencias a favor de que la luz es una onda, a diferencia de lo que pensaba
Newton. El experimento que no dejó duda sobre la naturaleza ondulatoria de la
luz fue realizado por Thomas Young en Inglaterra, y fue presentado a la
Sociedad Real de Londres --la máxima institución científica en la Inglaterra de
la época-- en 1803. Consistía en hacer pasar un frente de luz por dos rendijas
y detectar franjas de sombras en una pantalla, es decir, lugares a donde la luz
no llegaba. Esto sólo podía explicarse a partir de la interferencia. Ésta
ocurre cuando dos o más ondas se superponen para formar una resultante de mayor
o menor amplitud. Y la interferencia, sin lugar a dudas, sólo puede presentarse
si la luz es una onda.
Figura
1. Una onda plana al pasar por una rendija genera interferencia de las ondas
luminosas y produce regiones luminosas y otras con sombras al llegar a la
pantalla a la derecha de la figura. Este comportamiento demuestra la naturaleza
ondulatoria de la luz.
Pero
no sólo los experimentos de Young sobre interferencia cargaron la balanza del
lado de las ondas. Las mejoras experimentales en la difracción de la luz
comenzaron a dejar más y más claro que la luz es en efecto una onda. Por otro
lado, los físicos franceses trabajaron duramente en óptica e hicieron
descubrimientos muy importantes. Etiene-Louis Malus descubrió la polarización
de la luz. Es decir que la onda de luz puede vibrar en un solo plano.
Pierre-Simon de Laplace y Jean-Baptiste Biot se enfocaron en construir teorías,
matemáticas en donde pudiera asentarse la teoría ondulatoria. Todos estos
avances se cristalizaron en la obra de Agustin Fresnel, quien logró convencer a
la Academia de Ciencias de Francia de que la luz era efectivamente una onda al
construir un riguroso aparato matemático que describía los fenómenos observados
e incluso predecía fenómenos que fueron confirmados experimentalmente poco
tiempo después por otros científicos. Es notable que también durante ese mismo
siglo se hicieron las primeras mediciones de la velocidad de propagación de las
ondas luminosas.
La
teoría ondulatoria de la luz explicaba además la existencia de los colores que
Newton adjudicaba a diferentes tipos de partículas. Los colores se deben a que
las ondas de luz oscilan con diferentes frecuencias, es decir, recorren un
mismo ciclo en diferentes tiempos. La frecuencia de una oscilación se define
como el número de ciclos que se completan sobre una unidad de tiempo.
Figura
2. La luz roja corresponde a bajas frecuencias, mientras el verde, el azul y el
violeta corresponden a frecuencias mayores.
¿Qué onda con estas
ondas?
Aunque
les fue difícil deshacerse del peso de la tradición, los científicos del siglo
XIX fueron aceptando poco a poco que la luz era una onda. Era además muy común
el concepto de que las ondas de luz eran la perturbación de un medio como el
aire en el caso de las ondas de sonido.
¿Pero de qué medio
se trataba?
James
Clerk Maxwell construyó la teoría del electromagnetismo a mediados del siglo
XIX. En ella unificó los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría
que además contaba con una coherencia y una elegancia matemática
impresionantes. En la teoría de Maxwell se deducía que los fenómenos electromagnéticos
se propagaban en un medio en forma de ondas, otra vez el éter. A Maxwell se le
ocurrió que la luz podría ser alguna forma de perturbación de los valores del
campo eléctrico y magnético en el espacio, es decir, una onda electromagnética.
Poco después el físico Heinrich Hertz, tras una serie de ingeniosos
experimentos, demostró que las perturbaciones electromagnéticas en un conductor
eran transmitidas inalámbricamente a un segundo conductor. Demostró que dicha
transmisión se comportaba a la manera de una onda. Pero lo más impresionante
fue que descubrió que dichas ondas se propagaban a la velocidad de la luz. Esto
llevó a la siguiente conclusión: la luz visible es un tipo de onda
electromagnética.
Pero
quedaba aún por resolver el misterio del medio en que las ondas se propagan. Al
famoso éter se le iban agregando propiedades cada vez más y más extrañas y
ninguna podía ser verificada experimentalmente. Debía ser casi infinitamente
elástico para poder transmitir las ondas a la velocidad requerida. Se pensaba
además que era casi infinitamente sutil, ya que no era detectado en ningún experimento,
pero al mismo tiempo debía estar presente en todos los rincones del universo,
ya que nos llega luz de cualquier lugar del cosmos. A finales del siglo XIX a
los científicos Albert Michaelson y Edward Morley se les ocurrió un ingenioso
experimento para demostrar la existencia del éter. Pero lo que no sabían es que
estaban sentando las bases de una nueva concepción de la física del espacio y
el tiempo. Los experimentos mostraron que la velocidad de la luz era constante
para cualquier observador. No importa qué tan rápido se mueva, el observador siempre
medirá la misma velocidad de la luz. Ésta puede propagarse en el vacío y no necesita
de ningún éter. Dichas evidencias son las bases de la teoría de la relatividad especial
de Albert Einstein; son nuestras mediciones del espacio y el tiempo las que deben
cambiar para poder explicar el comportamiento de la luz en el vacío. La teoría
de la relatividad niega la existencia del éter.
No andaba usted tan
equivocado Sir Newton
La
historia del debate sobre la naturaleza de la luz tomó un giro inesperado a
comienzos del siglo XX. La evidencia experimental arrojó una nueva luz sobre la
manera en que la ciencia describe los fenómenos luminosos. El físico Max Planck
trató de explicar la manera en que un cuerpo caliente, como una pieza
incandescente de hierro o una estrella, emite luz. En los tiempos de Planck se
contaba con un par de modelos y leyes empíricas, pero todas ellas tenían fallas
que no podían ser ignoradas. Finalmente el 14 de diciembre de 1900, Planck dio
una cátedra en Berlín donde propuso ideas radicalmente novedosas. Una de ellas
fue que la energía involucrada en la radiación debe ser extremadamente pequeña pero
finita. Más aún, no podía ser más pequeña que una cierta cantidad a la que
llamó h, hoy conocida como la constante de Planck. La otra era que el intercambio
de energía debía ser en forma de “paquetes” o “cuantos” de energía. De nuevo
estas ideas sonaron extrañas incluso a él que las había tenido. Poco después el
joven Albert Einstein utilizó las ideas de Planck para explicar otro fenómeno
conocido como efecto fotoeléctrico. En él ciertos electrones son desprendidos
de una placa golpeándolos por partículas de luz e intercambiando movimiento de
la misma manera en que lo hacen, por ejemplo, dos bolas de billar. Experimentos
posteriores realizados por Arthur Compton confirmaron la idea de que la luz se
comportaba como una partícula.
Se declaran tablas
¿Es
la luz una onda o una partícula? De alguna forma es las dos cosas. La luz
muestra una característica llamada dualidad onda-partícula. En algunos experimentos
muestra una de sus dos caras y en otros la otra. Puede sonar extraño, y esto es
normal, pero la historia de la luz muestra una de las características
fundamentales de la naturaleza: su extrañeza.
Todavía
es más extraño lo que descubrió un poco después el físico Luis de Broglie
inspirado en la naturaleza dual de la luz: propuso que ¡las partículas también
se comportan como ondas! Y por si fuera poco no mucho después se demostró
experimentalmente que partículas materiales como los electrones muestran en ciertas
condiciones comportamientos ondulatorios. Todo esto sonaba descabellado y fue
difícil para los científicos tratar de explicar todas estas nuevas evidencias
de manera coherente.
Apareció
entonces un nuevo reto y con todas estas ideas y nuevas evidencias en los
albores del siglo XX se desarrolló lo que hoy conocemos como mecánica cuántica,
¿te suena familiar?
Bibliografía
• Jagielsky, Borys,
Elements of the wave-particle duality of light, University of Oslo, 2009.
•
Martinez,
Gerardo, La física del color, El
Fanzine, 2013.
• Westfall, Richard.
Never at Rest A biography of Isaac Newton, Cambridge University Press,
1980.
Newton, el científico más creativo y completo que ha dado la Historia,
en 1667 presentó ante la Royal Society su experimento sobre la descomposición
de la luz solar.
En aquella época dominaba la idea de Descartes
de que la luz estaba compuesta por pequeños corpúsculos. Los colores eran la
mezcla de luz y oscuridad, en distintas proporciones. Antes que Newton,
Descartes ya intentó descomponer la luz, pero sólo logró obtener los colores
rojo y azul.
Newton empleó un par de prismas de vidrio que, por entonces, eran
populares como juguetes infantiles. Así que fue un experimento muy barato.
Preparó una estancia en total oscuridad. Sólo a través de un agujero en la
ventana entraba un rayo de luz solar. Colocó el prisma delante del rayo de luz,
de modo que lo atravesara y reflejara la luz en la pared opuesta, a 7 metros de
distancia. En la pared aparecían los colores del arco iris de forma alargada,
uno sobre otro.
Cabían dos posibilidades. O
bien el prisma daba color a la luz, o la luz era la mezcla de todos los colores
y el prisma se limitaba a descomponerla. Para comprobarlo, utilizó el segundo
prisma. Tras la luz descompuesta en colores colocó otra pantalla con un
agujero, a unos 3 metros. Por este agujero fue haciendo pasar los colores de uno
en uno. De modo que, detrás de la pantalla, sólo podía verse el color elegido.
Por ejemplo, el rojo. Una vez aislado un color, lo hacía pasar a través del
segundo prisma y lo reflejaba en otra pared.
Comprobó que ahora sólo cambiaba el ángulo, pero no el color. Es
decir, si habíamos aislado el rojo, al atravesar el segundo prisma seguía
saliendo rojo. Y así con todos los colores. Dedujo que los colores del arco
iris eran colores puros, mientras que la luz blanca era la mezcla de todos
ellos. El prisma no añadía ninguna cualidad a la luz, sino que la descomponía.
Al proyectar los colores y juntarlos de nuevo, la luz volvía a ser blanca.
El experimento causó sensación en la Royal Society. Newton logró
descomponer la luz solar, pero siguió sin saber porqué. Entonces aún no se
conocía la naturaleza ondulatoria de la luz.
Hoy sí la conocemos: los colores son ondas, y cada color tiene una
longitud de onda diferente. Las longitudes de onda son más largas cuanto más se
acercan al rojo, y más cortas hacia el violeta. Cuando la luz blanca entra en
el prisma, cada color toma un camino distinto y lo atraviesa a distinta
velocidad. Salen reflejados con distinto ángulo. Por eso los colores se separan
y se ven en la pared de forma alargada uno sobre otro, y no circular.
Es el mismo proceso que forma el arco iris. Las gotas de agua actúan
como el prisma. La luz solar se refleja en la cara interna de las gotas de lluvia
y se descompone en colores.
Una curiosidad: Newton estableció que la luz blanca se descomponía en
siete colores. Podría haber dicho seis u otra cifra (¿alguien sabe qué clase de
color es el añil?). Se debe al peso de la tradición griega en nuestra cultura
europea, donde el número siete es fundamental. De ahí que se repita tanto,
incluso en los cuentos infantiles de tradición europea. Es la misma razón que
llevó a Pitágoras a fijar en siete las notas musicales.
FUENTE:
Astronomía Educativa: Tierra, Sistema Solar y Universo | URL: http://www.astromia.com/astronomia/newtonluz.htm
