La «luz» su polarización y otros fenómenos

Cómo se comporta, cómo viaja, cuál es su velocidad o de qué está hecha la luz fueron preguntas que se plantearon a través de la historia y que tomaron tiempo para encontrar las respuestas. Para tratar de resolverlas, algunos científicos sugirieron diversas teorías y realizaron también una serie de experimentos. El doctor Rufino Díaz Uribe, del Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), hizo un recuento de algunos experimentos que pretendieron explicar el fenómeno de la luz y su comportamiento.

En el marco del Ciclo de Conferencias Magistrales por el Año Internacional de la Luz 2015, el investigador en temas de óptica presentó la plática “La magia de la luz” en la Facultad de Ciencias el pasado 24 de marzo, con el objetivo de mostrar lo interesante de este fenómeno, que si bien para muchos parece tan común, para otros es un cúmulo de sorpresas.

Díaz Uribe presentó algunas fuentes luminosas para observar los espectros luz, algo parecido a un arcoiris pero en una línea continua, esto se pudo observar a través de un trozo de CD o DVD ya sin película que ejemplifica una rejilla de difracción. Entre lámparas de luz negra o de helio no se observaba el espectro continuo, tan solo algunos colores. “Observando qué espectros se generan nos ha proporcionado diferente información sobre la composición química de diversas sustancias”.

Otra interesante  demostración es que con el láser se podría definir la trayectoria de la luz como rectilínea; sin embargo el investigador ejemplificó cómo la luz al hacerla pasarla por un recipiente con una solución no homogénea de azúcar en agua, esta se curva.

Polarización de la luz

Dentro de las propiedades más controversiales de la luz, es la que hace referencia a sus propiedades como partícula y como onda electromagnética. Debido a que las ondas de luz tienen la capacidad de vibrar en direcciones múltiples, es posible seleccionar algunas de estas direcciones produciendo la luz polarizada., la cual no es más que la vibración de la luz cuando está bien dirigida o cuando el vector eléctrico describe una trayectoria muy bien definida.

Para demostrarlo, el miembro de la Academia Mexicana de Ciencias colocó un par de polarizadores cuya función es similar al de una reja que solo deja pasar en una dirección el campo eléctrico; mientras que el segundo polarizador le ayudó a ver si la luz está linealmente polarizada. Cuando ambos polarizadores son ortogonales la luz se atenúa casi totalmente; conforme se modifica la orientación relativa, la intensidad aumenta llegando a un valor máximo cuando son paralelos.

La luz que proviene del Sol no está polarizada pero al entrar en contacto con las diversas partículas de la atmósfera, esta se polariza por el  fenómeno de esparcimiento en el que las partículas re-dirigen la luz causando el color azul del cielo.

El experimento para ejemplificar el azul del cielo que el doctor Díaz mostró fue un recipiente de agua al que le dirigía la luz blanca de un proyector;  inicialmente la luz se veía clara, transparente, pero al agregar un poco de crema en polvo al agua, esta se veía azulada.

“En el siglo XIX Lord Rayleigh pudo demostrar que la cantidad de luz que re-emiten las partículas que se encuentran en el aire, después de haber recibido la luz del Sol es proporcional a la cuarta potencia de la frecuencia de la luz, esto implica que ondas de mayor frecuencia como las moradas o azules se esparcen en otras direcciones con mayor intensidad, por eso vemos el cielo azul. Cuando las trayectorias son largas, y se observa directamente hacia la fuente luminosa, los colores azules desaparecen y los rojos o naranjas se perciben más, como en los atardeceres, en donde los rayos solares recorren más la atmósfera y las ondas largas prevalecen”, indicó.

Gracias a estas propiedades de la luz, con un radar láser (LiDAR) se pueden determinar por el color qué contaminantes abundan en la atmósfera y qué tan concentrados están por la intensidad de  las ondas que dispersan los contaminantes; además, se puede saber por el tiempo que va y viene la luz  la distancia a la que se encuentran, por lo que se pueden hacer mapas de contaminantes.

Experimentos clave en la historia

Rufino Díaz, experto en óptica, determinó los tres experimentos cruciales que en su opinión permitieron entender el fenómeno de la luz. “Albert Michelson a finales del siglo XIX, diseñó un interferómetro para observar las diferencias de la velocidad de la luz en diferentes direcciones y fue capaz de determinar que la luz se mueve a la misma velocidad en diferentes direcciones, debilitando la teoría del éter; es decir, la luz sí se propaga en vacío, no requiere de un medio material para ello, fortaleciendo así la teoría de la relatividad de Einstein”.

Otro experimento fue el estudio de los espectros: “Cada elemento produce un espectro diferente, como una huella digital, y no se comprendía por qué en algunos espectros aparecían líneas negras, después llamadas líneas de absorción. Esto abrió paso al entendimiento de la estructura atómica, a entender que los electrones están en órbitas determinadas y ello está relacionado con los colores que se producen”.

El último fue el experimento predicho por la teoría de Fresnel pero corroborado y llamado como el punto de Poisson-Aragom que probó indicios de que la luz se comportaba como onda y esto se entendió a partir del fenómeno de difracción. “La teoría se centra en la propagación de la luz desde una fuente puntual que ilumina un objeto circular pequeño opaco, pues veo su sombra como un circulo oscuro pero  con un punto brillante en el centro, lo que fortaleció la teoría ondulatoria de la luz”