Luz - Explicación y definición de la luz

¿Qué es la luz?

La luz se define como una onda electromagnética que está compuesta por diminutas partículas llamadas fotones y que nos permite visualizar todo lo que nos rodea aportando color y sentido a la vista.

Aunque la definición anterior parezca complicada de entender explicaremos paso a paso cada uno de los conceptos indicados anteriormente en la definición de la luz.

Cuando lanzamos una piedra a un estanque observamos que se crean una serie de ondas que avanzan por la superficie del agua, al igual que la onda del estanque la luz es una onda electromagnética, es decir es una onda con una parte eléctrica y otra parte magnética, que a diferencia de la onda del estanque que necesita el agua como medio para propagarse las ondas electromagnéticas no necesitan de ningún medio, es decir avanzan a través del vacio.

Cualquier onda dispone de 4 propiedades o características que las identifica, estas son la amplitud, la frecuencia, la velocidad y la longitud de onda. La longitud de onda es la distancia que hay entre 2 crestas o valles de la onda, la luz visible que es percibida por el ojo humano y que nos permite ver todo los que nos rodea es la parte de la onda electromagnética que tiene una longitud de onda comprendida entre 380 y 740 nanómetros, por tanto la luz tal y como la entendemos corresponde a una pequeña porción de longitud de ondas electromagnéticas que emiten fuentes luminosas como el Sol, las estrellas o las lámparas de tu casa.

Por último los fotones son las partículas fundamentales, indivisibles, sin masa ni carga que componen la luz, los fotones son como pequeñas bolitas que vibran y se comportan como una onda cuando se mueven y como una partícula cuando interacciona con algún cuerpo, siendo por tanto onda y corpúsculo al mismo tiempo.

Los colores que percibimos no son más que sensaciones que el ojo humano interpreta ante diferentes vibraciones de los fotones, por ejemplo el color rojo corresponde a 4 x 10¹⁴ vibraciones por segundo y el color azul corresponde a 6,5 x 10¹⁴ vibraciones por segundo, cuando existen un conjunto de fotones que vibran en diferentes frecuencias obtenemos una mezcla de todos los colores lo cual nos da como resultado la luz blanca.

El espectro electromagnético representa las longitudes de onda, frecuencia y energía que puede adquirir una onda electromagnética, el espectro se encuentra dividido en diferentes bandas en donde las ondas comparten ciertas características, por ejemplo tenemos la banda de rayos gamma, ultravioleta, luz visible, infrarrojos o microondas. En la banda de la luz visible quedan representados en función de la frecuencia (vibraciones por segundo) o longitud de onda la diferente gama de colores que compone la luz visible. Puedes observarlo en la imagen inferior.

Este conjunto de pequeñas partículas llamadas fotones que componen la luz, teóricamente adquieren la velocidad máxima que cualquier partícula del universo puede alcanzar en el vacio , siendo aproximadamente de 3 x 10 ⁸ m/s, es decir en 1 segundo un foton daría casi 4,5 vueltas alrededor de nuestro planeta Tierra.

Esta velocidad es considerada como una constante universal y se utiliza entre otras cosas para indicar distancias astronómicas entre estrellas, galaxias o cúmulos, por ejemplo el planeta Venus está a una distancia de 0.000011 años luz, la estrella más cercana a nuestro planeta está aproximadamente a 4,3 años luz y la galaxia más lejana que actualmente se conoce está a unos 13.200 millones de años luz, sin duda el universo es extraordinariamente grande. 1 año luz equivale a la distancia que recorre un fotón en un año o lo que es lo mismo 9,46 billones de kilómetros.

Descubrimiento de la luz

Los antiguos filósofos griegos fueron los primeros en plantearse la naturaleza y origen de la luz, cuestiones como ¿porque vemos? o ¿porque una imagen cambia cuando la vemos a través del agua? intentaban ser contestadas mediante un planteamiento lógico y convincente. En el año 500 Antes de Cristo el filósofo griego Empédocles divulgó la primera teoría sobre la naturaleza de la luz, coloquialmente conocida como la teoría del faro, esta identificaba a la luz como rayos que emanaban de nuestros ojos chocando con los objetos permitiéndonos ver todo lo que nos rodea.

Tuvo que pasar 1500 años hasta que el matemático árabe Alhazen descubrió que los ojos no eran emisores de la luz sino receptores, Alhazen que disponía de una extraordinaria base matemática, fue el primer físico en investigar las propiedades de la luz como la reflexión y la refracción descubriendo que la luz se regía bajo unas leyes universales y que se podían se representadas mediante las matemáticas.

En el siglo XVII se entabló una gran batalla científica entre los diferentes físicos, matemáticos e intelectuales de la época, por un lado el gran físico y matemático Sir Isaac Newton demostró que la luz blanca está formada por un amplio rango de colores al cual llamó espectro, para ello hizo pasar un rayo de luz por un prisma, así mismo Newton afirmaba que la luz estaba formada por pequeñas partículas o corpúsculos, esta teoría corpuscular fue rechazada por otros físicos y matemáticos de la talla de Hooke o Hugens, los cuales defendían la naturaleza de la luz como una onda y no como una partícula.

Durante los siglos posteriores la teoría ondulatoria de la luz fue desplazando a la teoría corpuscular de Newton, propiedades intrínsecas de la luz como la interferencia, la reflexión, difracción y polarización eran representadas y explicadas con exactitud mediante el uso de las ondas. Pero a finales del siglo XIX el físico alemán Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico de la luz, siendo este imposible de explicarse mediante el uso de ondas, se necesitaba partículas o corpúsculos para explicarlo.

El gran físico y matemático Albert Einstein demostró que el efecto fotoeléctrico se podía explicar mediante el uso de pequeños corpúsculos (cuantos de energía) a los que llamó fotones, posteriormente los experimentos de doble rendija realizados por Thomas Young confirmaron la dualidad onda-partícula de la luz, había nacido la física cuántica y con ella había reconciliado las 2 teorías confirmando que la luz se comportaba al mismo tiempo como una partícula y como una onda.

Importancia de la luz

Sin lugar a dudas la luz ejerce una enorme influencia en todos los seres vivos de nuestro planeta, la vida vegetal y animal depende directamente de su presencia, procesos químicos como la fotosíntesis, la creación de la vitamina D o el simple reloj biológico que marca los procesos de actividad y descanso están estrechamente ligados a la presencia de la luz.

Miles de especies de plantas y organismos como árboles, algas o bacterias dependen directamente de luz solar para realizar el proceso de la fotosíntesis, transformando la luz en energía química que los nutre y les permite crecer y desarrollarse, la fotosíntesis es el proceso bioquímico más importante de nuestro planeta Tierra puesto que es la fuente de generación de oxígeno hacia la atmósfera así como mantiene el equilibrio alimenticio al permitir crecer plantas y vegetales que posteriormente serán alimento de otras especies.

La luz ejerce una enorme influencia en nuestras vidas, sin luz no tendríamos el sentido de la vista y no podríamos ver nada de lo que nos rodea. La vitamina D necesaria para nuestro organismo se produce gracias a la acción de la luz ultravioleta del Sol, transformando parte de nuestro colesterol en esta apreciada vitamina. El descubrimiento y domino del fuego por parte de nuestros ancestros así como el desarrollo de la luz eléctrica ha permitido al hombre el desarrollo tecnológico que actualmente disponemos.

La duración del día y la noche viene delimitada por la presencia o ausencia de la luz, todas las plantas y seres vivos de nuestro planeta se encuentran regulados por este reloj biológico el cual nos indica cuando empezamos nuestra actividad diaria y cuando descansamos, por otro lado desde la antigüedad la luz ha definido indirectamente la duración de los días, meses y estaciones.

Incluso en las religiones de todo el mundo ha ejercido una gran influencia, los antiguos egipcios adoraban al Dios Ra símbolo de la luz solar y fuente de la vida, millones de religiosos de todo el mundo se refieren a Dios como la luz creadora, la luz divina o la luz verdadera.

Por otro lado miles de estudios relacionan la ausencia de luz como causa del desánimo, apatía, estrés e incluso depresiones, los antiguos médicos griegos conocían de las propiedades curativas de la luz solar y fueron los precursores de los baños solares como medicina para curar diversas enfermedades de sus pacientes. ¿A quien no le gusta un plácido, relajante y divertido día de playa?