De qué hablamos cuando hablamos de la luz

Por Marcia Henríquez Bustamante

Dedicado a mi hermana, que no pudo terminar su carrera y no llegó a ser ingeniera eléctrica, pero que le enseña a quien le pregunta, todo lo que aprendió.

” Electricidad… cuando tú me miras”.

Electricidad… Era como empezaba la letra de una vieja canción.

Se me cayó el carné. Obvio. Pero no podemos negar que hay personas, bellas o no, dotadas de algo que se percibe como un intenso magnetismo. Esas personas, suelen provocar en otras una tensión que a menudo identificamos como, Electricidad. En el lenguaje coloquial, la electricidad y el magnetismo llevan mucho tiempo vinculados.

La cantante de Electricidad se llamaba Lucerito. Como los años no pasan en vano, ahora es Lucero nomás, pero resulta apropiado su nombre para hablar de la luz.

¿Onda o partícula?

A nadie le gusta que lo encasillen. A la luz tampoco. En unas circunstancias se comporta como onda y en otras como partícula. Depende del experimento.

 En el siglo XVII, Sir Isaac Newton, consideraba que la luz eran partículas.

Pero en 1900, la gente de ciencia estaba convencida que la teoría que describía adecuadamente a la luz era la ondulatoria. Pensar en la luz como partículas estaba obsoleto.

En 1905, Einstein explicó un fenómeno llamado efecto fotoeléctrico que lo llevó a obtener el premio Nobel de física. Gracias a Einstein, la luz volvió a ser considerada como partícula. En condiciones precisas, parece que la luz agarrara a combos a los electrones. Los golpea como solo podría hacerlo si ella fuese una partícula material. La onda sutil que científicos y científicas creían conocer, se las traía también como chica ruda.

Hay que admitirlo. Por siglos, la luz ha tenido a la ciencia para el palanqueo.

Es más, para la mayoría de las personas la pregunta sobre la naturaleza ondulatoria de la luz podría seguir en el aire: esas ondas, ¿son ondas de qué?

Para allá vamos.

La historia es larga, este texto es breve y no es la idea partir con Adán y Eva, por tanto, saltaré de a una al siglo XIX. En el rol protagónico: Michael Faraday.

Faraday disponía de un instrumento para medir corrientes eléctricas y se dio cuenta que cada vez que introducía un imán en forma de barra en el interior de un alambre enrollado en varias vueltas, con los extremos del alambre conectados al instrumento, marcaba el paso de corriente (ver figura, al tiro se va a dar cuenta cuál es).  Si el imán se quedaba quieto, el instrumento marcaba corriente cero.  Sólo cuando el imán se movía dentro de la bobina se marcaba paso de corriente. Me parece que el descubrimiento de Faraday da de sobra para un reggaeton, pero no estoy segura si quiero que los reggaetoneros se den cuenta. Lo que Faraday descubrió se llama inducción electromagnética y es la base del funcionamiento de los generadores de energía eléctrica.

Faraday descubrió que había una relación entre la electricidad y el magnetismo. Pero él no tenía formación académica. En realidad, apenas pudo ir a la escuela. Venía de una familia pobre.  Desde niño se vio en la necesidad de trabajar. Ejerció de encuadernador en una imprenta y allí leía las cosas interesantes que encuadernaba, en especial si se trataba de ciencia. En cuanto pudo entrar a un laboratorio puso todo de su parte para aprender y contribuir. Pero ¿Qué podía hacer por la ciencia si era poco lo que sabía de matemáticas? ¿Cómo dar a conocer sus descubrimientos? Pues bien, él era bueno para el dibujo y eso hizo. Visualizó conceptos tras los experimentos.  Descubrió que un imán producía un campo magnético a su alrededor y lo representó con líneas.

Poner en términos matemáticos los resultados de Faraday (y de Ampere y de Gauss) fue trabajo de James Clerk Maxwell.  Él generó ecuaciones que permiten explicar la electricidad y el magnetismo (en rigor los campos magnético y eléctrico). Combinó las ecuaciones y notó que predecían que “algo invisible” se irradiaba: una onda electromagnética. A una onda se le puede determinar la velocidad de propagación. Maxwell determinó que la velocidad de propagación de esa radiación electromagnética coincidía con la velocidad de la luz.  Ese hombre brillante se atrevió a pensar que si de verdad se generaba una onda (electromagnética), y la onda tenía la velocidad de la luz, entonces de seguro, ¡redoble de tambores!:

de seguro la luz también era radiación electromagnética.

Y hasta ahí nomás llegó.

No encontró la forma de demostrar la existencia real de esas ondas electromagnéticas. Aunque sus matemáticas lo enunciaban, no tenía como detectar experimentalmente una radiación invisible formada por dos ondas que viajan juntas, con una parte eléctrica y otra magnética. Por si fuese poco, sus ecuaciones predecían que la parte eléctrica de la onda, hacía surgir la parte magnética y la magnética hacía surgir la parte eléctrica. Es decir, las ondas se acompañaban y seguían, creándose una a la otra. Si nada las atajaba, podían seguir y seguir viajando.

 Lo cierto es que el conocimiento se construye entre mucha gente.

Tuvieron que pasar años para que Heinrich Hertz, mostrara con experimentos que una carga eléctrica oscilante era capaz de generar esa radiación electromagnética y que esa onda generada, podía ser captada por una antena. Hoy tenemos antenas por todas partes y estamos llenos de tecnología que produce radiación electromagnética que no podemos ver. Alguna es inofensiva, como las ondas de radio y otra peligrosa como la radiación ultravioleta (o los rayos X o la radioactividad).

Pero si no hubiese tecnología, aún así estaríamos rodeados de radiación electromagnética porque la luz del sol y las estrellas, que sí podemos ver, también lo es. He ahí el riesgo de la destrucción de la capa de ozono, que debiera atajar la radiación ultravioleta del sol (que no vemos).

                Más aún, para generar esa radiación electromagnética basta con que haya cargas eléctricas oscilantes. Sucede que todo en la naturaleza está hecho de átomos y moléculas. En ellos hay electrones que vibran todo el tiempo. Los enlaces que mantienen unida la materia consisten en cargas eléctricas oscilantes, por tanto: las piedras, su casa, el gato, las azucenas, los falsos pimientos, usted y yo, generamos radiación electromagnética.

Ahora bien, no hay evidencia de que la atracción entre las personas esté relacionada con sus radiaciones electromagnéticas.  Emitimos radiación infrarroja que no se puede ver y que genera, a lo mucho, nuestro calor humano. ♪Electricidad… ♪♪, es solo una vieja metáfora.

Por lo demás, electromagnetismo… cuando tú me miras, suena terrible.

Inducción electromagnética: la barra magnética se mueve dentro de la bobina y genera corriente eléctrica.

Faraday comprendió que había líneas de campo magnético en torno a un imán.
Faraday no solo investigaba, también hacía divulgación científica. ¡Grande Faraday!

«Esta velocidad (la que deducía en su ecuación de onda) se acerca tanto a la de la luz que… tenemos razones para concluir que la luz… es una perturbación electromagnética».

J. C. Maxwell

Arriba aparece una onda mecánica (como en una cuerda) abajo una representación de una onda electromagnética

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