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Mil años de Óptica y cien años de Relatividad General

Año Internacional de La Luz | En el año 1015 DC, mientras permanecía en clausura en su casa, en El Cairo, Alhazen publicaba su Tratado de Óptica. En ese trabajo afirmaba que tenemos la capacidad de ver porque los rayos luminosos reflejados por los objetos penetran en nuestros ojos y allí son detectados. Una idea que hoy parece evidente, pero que no lo es tanto. Y es que esta explicación se oponía a la teoría emisiva, que desde la antigüedad había sostenido que eran los ojos los que emitían algún tipo de substancia o “fuego visual” que volvía visibles a todas las cosas. Alhazen, ignorado por la ciencia occidental, fundaba sin saberlo la ciencia de la óptica. Realizó también experimentos sobre la propagación de la luz usando una cámara oscura y estudió en detalle la anatomía del ojo. Mil años después conmemoramos el Año internacional de la Luz, por decisión de las Naciones Unidas. [30.07.2015]

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Mil años de Óptica y cien años de Relatividad General

Trazos luminosos captados por una cámara fotográfica durante una larga exposición. Imagen: AS990 | Wikimedia Commons

Por Mariano Nicotra1 y Guillermo Goldes2
1- Profesor - Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales
2 - Divulgador científico y Profesor - FaMAF

No es el único evento que justifica semejante elección. En 1815, el ingeniero francés Agustin Fresnel mostraba que podíamos pensar la luz como si fuera una onda. Hacerlo así permitía comprender los fenómenos de difracción e interferencia, que no tenían explicación si continuábamos imaginando la luz como rayos o pequeños cuerpos que se mueven en línea recta. El concepto no era totalmente novedoso: había sido propuesto por primera vez por el físico holandés Christian Huygens, en 1690, en su Tratado de la Luz. La descripción ondulatoria de Huygens y Fresnel adquirió nueva potencia hace 150 años, cuando James C. Maxwell consolidó la teoría electromagnética y propuso que la luz es una manifestación más del electromagnetismo.

Más cerca en el tiempo, en 1905, Einstein publicaba un trabajo pionero sobre el efecto fotoeléctrico: la luz, al incidir sobre ciertos materiales, genera cargas eléctricas. Es la base de todos los sensores de luz, como los que equipan las cámaras fotográficas de nuestros celulares. El mismo Einstein publicaría diez años más tarde, hace un siglo precisamente, su Teoría General de la Relatividad, que incorporaba la luz al mundo de la gravedad, al predecir que la propia luz sería desviada de su recto camino en presencia de cuerpos muy masivos, como el Sol. Durante años, astrónomos de todo el Mundo intentaron comprobar estas predicciones realizando observaciones de las posiciones de estrellas durante eclipses totales de Sol. Finalmente lo lograron.

Sobre la Teoría General de la Relatividad y Einstein conviene realizar algunas aclaraciones. Durante junio y julio de 1915, visitó la Universidad de Gottingen para dictar un seminario de Física, invitado por el gran matemático alemán David Hilbert. Comenzó entonces una ambigua relación de amistad y rivalidad entre ellos. Ambos desarrollaron visiones complementarias, basadas en la Física y en la Matemática, respectivamente. Las cartas que intercambiaron a partir de julio de 1915 influyeron profundamente en ambos. Arribaron finalmente a dos versiones similares de las “ecuaciones de Campo” de la Teoría General de la Relatividad, en noviembre de 1915.

Volviendo al periplo luminoso. En la última mitad del siglo XX, en 1965, Arno Penzias y Robert Wilson encontraban, casi por casualidad, la Radiación Cósmica de Fondo, el eco lumínico, envejecido y enfriado, del Big Bang. Esa radiación es muy especial porque… ¡proviene de todas partes! Penzias y Wilson recibieron el Nobel de Física en 1978 por ese avance. También en 1965, pero en China, el equipo liderado por Charles Kao desarrollaba fibras ópticas que revolucionarían las comunicaciones. Es que mediante estas fibras ópticas se podían transportar haces luminosos a gran distancia, prácticamente sin pérdidas. Kao fue galardonado también con el Nobel de Física por ese desarrollo, esta vez en 2009.

La historia de la investigación sobre la luz ha sido tan fascinante, como la luz misma. Se ha recorrido un largo camino desde la cámara oscura de Alhazen en el Cairo hasta nuestros días. Hoy, las señales luminosas viajan dando vueltas al planeta entero. Es una hora propicia para rendir homenaje a estos últimos mil años de investigación y para pensar en lo que vendrá.