La luz se propaga en línea recta pero los rayos de luz no existen

Experientia docet Ondas Artículo 19 de 27

Una prueba de que la luz se propaga en línea recta. Las sombras que produce un objeto que interfiere con la luz del Sol están tan definidas que se puede construir un reloj de sol como este de Bütgenbach (Bélgica) con una precisión de 30 segundos. Fuente: Wikimedia Commons

Existen muchas pruebas de que la luz viaja en línea recta. Una sombra proyectada por un objeto que intercepta la luz del sol tiene contornos bien definidos, por ejemplo. Del mismo modo, las fuentes de luz más cercanas y mucho más pequeñas también provocan sombras nítidas. Tanto el Sol distante y como la pequeña fuente cercana son aproximadamente fuentes puntuales de luz. Por tanto, el que las fuentes puntuales produzcan sombras nítidas indica que la luz se desplaza en línea recta.

El efecto de camara oscura del que hablaba Leonardo pero producido por un agujero en una teja, que tiene como resultado la proyección en la pared de la habitación de una imagen del Castillo de Praga, situado enfrente del edificio donde está la habitación. Fuente: Wikimedia Commons

Las imágenes también pueden demostrar que la luz viaja en línea recta. Antes de la invención de la cámara moderna con su sistema de lentes, estaba relativamente extendido 3l uso de una caja hermética con un agujero en el centro de una de las caras. Conocido como cámara oscura, el dispositivo fue muy popular en la Edad Media. Leonardo da Vinci y otros muchos pintores después de él, probablemente lo usó como ayuda para confeccionar sus bocetos. En uno de sus manuscritos, dice que «una pequeña abertura en una persiana de la ventana proyecta en la pared interior de la habitación una imagen de los cuerpos que están más allá de la apertura». Incluye un boceto para mostrar cómo la propagación de la línea recta de la luz explica la formación de una imagen.

Los principios de la cámara oscura que Leonardo recogió en el Codex Atlanticus (1515). Fuente: Massimo Guarnieri (2016) The Rise of Light—Discovering Its Secrets Article Proceedings of the IEEE 104(2):467-473 doi: 10.1109/JPROC.2015.2513118

Si bien la luz se propaga en línea recta es necesario tener algunas ideas muy claras para no confundir representación con realidad. Así, el recurso gráfico de un rayo de luz infinitamente delgado es útil para pensar en la luz. Pero en realidad no los rayos no existen. Un haz de luz que emerge de un agujero de buen tamaño en una pared es tan ancho como el agujero. Podríamos esperar que si hacemos el agujero extremadamente pequeño obtendríamos un rayo de luz muy estrecho y, en última instancia, únicamente un solo rayo. Esto ya sabemos que no es así.

La difracción de las ondas, como la que se observan en el agua y las ondas de sonido, se hace evidente cuando el haz de luz pasa a través de un pequeño agujero. Por lo tanto, un rayo de luz infinitamente delgado, aunque es gráficamente útil, no se puede producir en la práctica. Pero la idea todavía se puede utilizar para representar la dirección en la que viaja un tren de ondas en un haz de luz.

Un haz láser en dirección a la Luna emitido desde el Apache Point Observatory. Fuente: Jack Dembicky / Apache Point Observatory

El haz de luz producido por un láser es lo más cerca que podemos estar del caso ideal de un haz de rayos fino y paralelo. La luz se produce en muchos casos por la acción de los electrones dentro de los átomos de la fuente. Los láseres están diseñados de tal manera que sus átomos producen luz al unísono, en lugar de individual y aleatoriamente como ocurre en otras fuentes de luz. Como resultado un láser puede producir un haz de intensidad considerable, y uno que es mucho más monocromático, es decir, de un solo color (de una sola longitud de onda), que la luz producida por cualquier fuente convencional. Además, dado que las ondas individuales de los átomos de un láser se producen simultáneamente, pueden interferir entre sí de manera constructiva para producir un haz de luz que es fino y casi paralelo. De hecho, una luz así se dispersa tan poco que los rayos emitidos por láseres en la Tierra hacia la superficie lunar, a unos 400,000 km de distancia, producen manchas de luz de solo 1 m de diámetro en la Luna.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

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