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Historias de la Ciencia (3) - Newton y la luz_b

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Newton empezó jugando con la luz, y terminó inventando la óptica. Segunda parte.

Newton empezó jugando con la luz, y terminó inventando la óptica. Segunda parte.

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  • 1. Serie_Ciencias Naturales_19_c Historias de la Ciencia – Asimov Newton y la luz blanca (II)
  • 2.  
  • 3. Newton
    • Y el hombre que pronunció la blasfemia era un hombre piadoso de veinticuatro años llamado Isaac Newton.
  • 4. Newton
    • El joven Newton estaba interesado en el efecto de arco iris no por el efecto mismo, sino en relación con un problema más práctico que a él le interesaba pero a nosotros no, por el momento.
  • 5. Newton
    • Newton pensó que si un arco iris se forma por la refracción de la luz llevada a cabo por las gotas de agua, entonces debería formarse también en el laboratorio, si la refracción se efectuara adecuadamente.
  • 6. La refracción
    • La refracción tiene lugar cuando la luz pasa del aire al cristal en ángulo oblicuo.
  • 7. La refracción
    • Pero si la superficie de cristal está limitada por dos planos paralelos (como ocurre, por ejemplo, en un cristal de ventana), entonces, al emerger la luz por la otra superficie, tiene lugar la misma refracción a la inversa.
  • 8. La refracción
    • Las dos refracciones se anulan mutuamente, y el rayo de luz pasa sin refractarse.
  • 9. La refracción
    • Por consiguiente, es necesario utilizar un objeto de cristal con superficies que no sean paralelas y que refracten en la misma dirección la luz que entra en el cristal y la que sale de él, a fin de que los dos efectos se sumen en vez de anularse.
  • 10. La refracción
    • Para ello, Newton utilizó un prisma triangular de cristal que, por la ley de Snell, sabía que refractaría la luz en la misma dirección al entrar y al salir, tal como él quería.
  • 11. Experimentos de Newton
    • Luego, oscureció una habitación cubriendo las ventanas con cortinas y practicando en una de ellas un pequeño orificio que dejaba pasar un único rayo circular de luz que iba a dar sobre la blanca pared situada enfrente.
  • 12. Experimentos de Newton
    • En la pared aparecía, naturalmente, un círculo de luz blanca.
  • 13. Experimentos de Newton
    • Newton colocó entonces el prisma en la trayectoria de la luz, y el rayo se refractó acuosamente.
  • 14. Experimentos de Newton
    • Su trayectoria era ahora angular, y el círculo de luz blanca no estaba ya donde había estado antes, sino que se posaba en la pared en una posición distinta.
  • 15. Experimentos de Newton
    • Es más, ya no era un círculo, sino una figura oblonga de longitud cinco veces mayor que la anchura.
  • 16. Experimentos de Newton
    • Más aún, habían aparecido colores, los mismos colores que en el arco iris, y en el mismo orden.
  • 17.
    • ¿Era posible que este arco iris fuera sólo un afortunado fenómeno, consecuencia del tamaño del orificio o de la posición del prisma?
  • 18. Experimentos de Newton
    • Probó con orificios de diferentes tamaños y encontró que el arco iris artificial podía tornarse más luminoso o más oscuro.
  • 19. Experimentos de Newton
    • Pero los colores subsistían, y en el mismo orden.
  • 20. Experimentos de Newton
    • Los colores subsistían también ya hiciera pasar la luz por la parte más gruesa o por la más delgada del prisma.
  • 21. Experimentos de Newton
    • Incluso probó a poner el prisma fuera de la ventana de modo que la luz del sol la atravesara antes de pasar por el agujero practicado en el postigo..., y el arco iris continuaba apareciendo.
  • 22. Experimentos de Newton
    • Hasta aquí, estos experimentos, aunque nunca habían sido realizados con tan sistemático cuidado, no introducían nada completamente nuevo.
  • 23. Experimentos de Newton
    • Al fin y al cabo, se habían observado durante siglos efectos de arco iris en bordes oblicuos de cristal que no habían sido rotos ni biselados, y eso era esencialmente lo que Newton estaba observando ahora.
  • 24.
    • Pero antes siempre se había dado por supuesto que los efectos eran producidos por el cristal, y Newton se encontraba ahora preguntándose si podría ser eso cierto.
  • 25. Experimentos de Newton
    • El hecho de que cambiando la posición o el grosor del cristal a través del cual pasaba la luz no resultara modificado el arco iris de ninguna manera esencial hacía pensar que quizá el cristal no tuviera nada que ver en ello, que quizá fuera la luz la responsable.
  • 26. Experimentos de Newton
    • Newton pensó que si colocaba el prisma con el vértice hacia abajo y hacía luego que la luz que lo había atravesado pasara a través de un segundo prisma orientado en dirección opuesta, con el vértice hacia arriba, debería suceder una de dos cosas:
  • 27. Experimentos de Newton
    • (a) Si era el cristal lo que producía los colores al refractarse la luz a través de él, el cristal del segundo prisma produciría más color, y la oblonga figura de luz sería más alargada aún, y más intensamente coloreada.
  • 28. Experimentos de Newton
    • (b) Si era la refracción misma lo que producía los colores y si el cristal no tenía nada que ver con ello, entonces la segunda refracción, al tener dirección contraria, debía anular a la primera, de tal modo que la forma oblonga volvería a convertirse en círculo y desaparecerían todos los colores.
  • 29. Experimentos de Newton
    • Newton realizó el experimento y vio plasmarse la segunda alternativa.
  • 30.  
  • 31. Los colores y la luz
    • Newton decidió, por tanto, que el cristal no tenía nada que ver con el color...
  • 32. Los colores y la luz
    • El cristal servía solamente de vehículo de refracción.
  • 33. Los colores y la luz
    • Los colores eran producidos por la propia luz solar.
  • 34. Los colores y la luz
    • Por primera vez en la historia, Newton había demostrado claramente la existencia del color independientemente de la materia.
  • 35. Los colores y la luz
    • Los colores que él había producido con su prisma no eran este o aquel objeto coloreados; no eran ni siquiera aire coloreado.
  • 36. Los colores y la luz
    • Eran luz coloreada, tan incorpórea e inmaterial como la luz solar misma.
  • 37. El espectro
    • Comparados con la tosca y palpable materia coloreada con que la gente había estado familiarizada hasta entonces...
  • 38. El espectro
    • ... los colores que Newton había producido eran una especie de fantasma del color.
  • 39. El espectro
    • Newton propuso, para designar a la banda de colores, una palabra tomada del latín significa fantasma: espectro.
  • 40. El espectro
    • Continuamos hablando de «espectros» pero el nuevo significado de la palabra, en el sentido de extensión de colores diferentes, ha acabado prevaleciendo.
  • 41. Los colores y la luz
    • Newton hizo luego que su rayo de luz refractada cayera sobre una tabla en la que se había practicado previamente un agujero...
  • 42. Los colores y la luz
    • ... de tal modo que solamente pasara a su través el color único de una pequeña porción del espectro.
  • 43. Los colores y la luz
    • Hizo pasar esta monocroma porción de luz solar a través de un segundo prisma y vio que, aunque se ensanchaba un poco, no aparecía ningún nuevo color.
  • 44. Los colores y la luz
    • Midió también el grado en que cada color individual era refractado por el segundo prisma y vio que el rojo se refractaba siempre menos que el anaranjado, el cual se refractaba menos que el amarillo, y así sucesivamente.
  • 45. Los colores y la luz
    • Su conclusión final, pues, fue que la luz solar (y la luz blanca en general) no es pura, sino una mezcla de colores, cada uno de los cuales más puro que la luz blanca.
  • 46. Los colores y la luz
    • Ningún color por sí solo puede aparecer blanco, pero todos ellos juntos, adecuadamente mezclados, formarán el blanco.
  • 47. Refracción
    • Newton sugirió además que cada color diferente tiene un índice de refracción en el cristal o en el agua.
  • 48. Refracción
    • Cuando la luz atraviesa un prisma de cristal o unas gotitas de agua, las diferencias de índice de refracción hacen que los diferentes componentes coloreados de la luz blanca se desvíen, cada uno en diferente medida, y emerjan separados del cristal o el agua.
  • 49. Los colores y la luz
    • Esto fue el golpe final a la concepción antigua y medieval de la perfección de los cielos.
  • 50. Los colores y la luz
    • El arco iris ya no es aquel recordatorio de la misericordia divina, tampoco es aquel puente de los dioses.
  • 51. Los colores y la luz
    • Quedaba reducido a un gigantesco espectro suspendido en el aire, producido por innumerables y diminutos prismas (en forma de gotitas de agua), combinando todos ellos su efecto.
  • 52. Los colores y la luz
    • El arco iris ha adquirido una nueva significación y belleza merced al descubrimiento de Newton, porque, en mucha mayor medida que antes, puede ser comprendido y verdaderamente apreciado.
  • 53.  
  • 54. Los colores y la luz
    • El anuncio de sus descubrimientos por parte de Newton no sojuzgó inmediatamente al mundo. Se trataba de algo tan revolucionario, tan opuesto a lo que durante tantos siglos se había dado por sentado, que muchos vacilaban.
  • 55. Hooke
    • Estaba, por ejemplo, la oposición de Robert Hooke, siete años mayor que Newton y con un importante puesto en la Royal Society, que era el árbitro de la ciencia en aquellos días.
  • 56. Hooke
    • Hooke había sido un joven enfermizo. La viruela había dejado su piel cubierta de cicatrices.
  • 57. Hooke
    • Se abrió paso en Oxford sirviendo a las mesas en el comedor.
  • 58. Hooke
    • Las bromas y humillaciones que había tenido que soportar a manos de jóvenes burgueses que eran intelectualmente inferiores, dejaron en él marcas más profundas que las causadas por la viruela.
  • 59. Hooke
    • El mundo fue su enemigo después de eso.
  • 60. Hooke
    • Él era uno de los más brillantes pensadores científicos de la época pero dedicó una parte tan grande de su tiempo a una disputa.
  • 61. Hooke
    • Eligió en particular como presa a Newton, por pura envidia hacia el hombre a quien nunca podría igualar intelectualmente.
  • 62. Hooke
    • Hooke utilizó su posición en la Royal Society para frustrar a Newton en cuantas ocasiones se le presentaban.
  • 63.
    • Hooke acusó a Newton de robarle sus ideas.
  • 64.
    • Y estuvo a punto de impedir que se publicara su obra maestra, Principia Mathematica .
  • 65.
    • En los Principia Mathematica , se exponen las leyes del movimiento y de la gravitación universal.
  • 66.
    • Cuando fue publicado el libro, no lo fue bajo los auspicios de la Royal Society...
  • 67.
    • ... sino costeado por el amigo de Newton, Edmund Halley.
  • 68. Hooke
    • Newton, que era un cobarde moral, incapaz de enfrentarse abiertamente a la oposición, fue intimidado y atormentado por el furibundo y rencoroso Hooke.
    • Un cobarde moral es el que tiene miedo de hacer lo que sabe que es correcto porque otros puedan estar en su contra o burlarse de él. Recuerden que todos los hombres tienen sus temores, pero los que enfrentan sus temores con dignidad también son valientes.
  • 69. Hooke
    • A veces, Newton juraba no volver a dedicarse a la investigación científica, y al final acabó empujado al derrumbamiento mental.
  • 70.
    • Hasta la muerte de Hooke, no se mostró dispuesto Newton a publicar su libro Opticks ...
  • 71.
    • Libro en el que organizaba finalmente todos sus descubrimientos en el campo de la óptica.
  • 72. Opticks
    • Este libro, publicado en 1704, estaba escrito en inglés, y no en latín, como Principia Mathematica.
  • 73. Opticks
    • Fue un hecho deliberado a fin de limitar la extensión en que sería leído fuera de Inglaterra y, por consiguiente, reducir las controversias que surgirían, ya que Newton no era una figura muy popular en el continente.
  • 74. Opticks
    • La oposición a la idea de la luz blanca como una mezcla de colores no desapareció por completo ni aun después de la publicación de Opticks.
  • 75. Goethe
    • Todavía en 1810, apareció un libro alemán titulado Farbenlehre («Ciencia del color») que defendía la tesis de que la luz blanca era pura y sin mezcla.
  • 76. Goethe
    • Su autor no era otro que el más grande de todos los poetas alemanes, Johann Wolfgang van Goethe, que, a decir verdad, había realizado un respetable trabajo científico.
  • 77. Goethe
    • Pero Goethe estaba equivocado, y su libro cayó en el olvido. Solamente se le recuerda ahora como el último y agonizante lamento contra la revolución óptica de Newton.
  • 78. Aberración cromática
    • Pero hay que concretar una cuestión. Como he dicho antes, los experimentos ópticos de Newton no fueron realizados exclusivamente con la finalidad de explicar el arco iris.
  • 79. Aberración cromática
    • Newton estaba mucho más interesado en ver si existía alguna forma de corregir un defecto básico de los telescopios que ya desde tiempos de Galileo, medio siglo antes, habían sido utilizados para estudiar el firmamento.
  • 80. Aberración cromática
    • Hasta entonces, todos los telescopios habían utilizado lentes que refractaban la luz y que producían imágenes orladas de color.
  • 81. Aberración cromática
    • Fenómeno conocido como aberración cromática.
  • 82. Aberración cromática
    • Los experimentos de Newton parecían demostrar que el color se producía inevitablemente a consecuencia del proceso formador de espectro de la refracción y que ningún telescopio refractante podría evitar esas orlas de color.
  • 83. Aberración cromática
    • Newton pasó, por consiguiente, a idear un telescopio que hacía uso de espejos y de la reflexión, introduciendo así el telescopio reflectante que domina actualmente en el campo de la astronomía óptica.
  • 84. Aberración cromática
    • Pero Newton se equivocaba cuando decidió que los telescopios refractantes nunca podrían evitar esas orlas coloreadas. Y es que en sus experimentos ópticos había pasado por alto un pequeño detalle.
  • 85.
    • Pero ésa es otra historia.
  • 86. ¿Cómo vemos los colores?
    • El tomate parece rojo porque a nuestros ojos sólo llega la luz roja que refleja.
  • 87. ¿Cómo vemos los colores?
    • El resto de colores del espectro son absorbidos por el tomate.
  • 88. ¿Cómo vemos los colores?
    • Si lo ilumináramos con una fuente de luz carente del componente rojo no se reflejaría nada y lo veríamos negro (o no lo veríamos ).
  • 89. ¿Cómo vemos los colores?
    • De esta manera percibimos los colores.
  • 90. ¿Por qué el cielo es azul o rojo?
    • La luz del Sol es blanca; no obstante, es el resultado de la mezcla de luces de diferentes colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta.
  • 91. ¿Por qué el cielo es azul o rojo?
    • Los colores corresponden a diferentes longitudes de onda de la luz.
  • 92. ¿Por qué el cielo es azul o rojo?
    • Cuando los rayos de Sol llegan a la atmósfera, chocan con las partículas de aire, vapor de agua y polvo, y se descomponen en los colores que los forman.
  • 93. ¿Por qué el cielo es azul o rojo?
    • Las ondas azules son las que más fácilmente se separan y por ello vemos el cielo azul.
  • 94. ¿Por qué el cielo es azul o rojo?
    • Sin embargo, al amanecer y al atardecer, los rayos inciden sobre la atmósfera de forma oblicua, y tienen que atravesar más aire.
  • 95. ¿Por qué el cielo es azul o rojo?
    • Ello hace que se lleguen a dispersar los colores naranjas y rojos, y que en consecuencia el cielo adquiera los espectaculares colores propios del crepúsculo.
  • 96. ¿Por qué el cielo es azul o rojo?
    • Además, cuando el número de partículas suspendidas en el aire es mayor, como cuando hay mucho polvo o polución, los colores del cielo tienden a mostrar los tonos rojos y naranjas.
  • 97. Serie_Ciencias Naturales_19_c Leonardo Sánchez Coello Barranca – Perú – Marzo de 2008
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