Evolución del Concepto de la Luz: Teorías y Mediciones de su Velocidad

Teorías sobre la Naturaleza de la Luz

• Teoría Corpuscular de Newton: Newton afirmó que la luz tiene una naturaleza corpuscular. Según él, los focos luminosos emiten minúsculas partículas que se propagan en línea recta en todas las direcciones. Cuando estas partículas chocan con nuestros ojos, producen la sensación luminosa.
• Teoría Ondulatoria de Huygens: Huygens propuso que la luz consiste en la propagación de una perturbación ondulatoria del medio. Creía que eran ondas longitudinales, similares a las ondas sonoras.
• Teoría Ondulatoria de Fresnel: Fresnel demostró que la teoría corpuscular era insuficiente. Propuso que la luz está constituida por ondas transversales.
• Teoría Electromagnética de Maxwell: Maxwell postuló que la luz no es una onda mecánica, sino una forma de onda electromagnética de alta frecuencia. Las ondas luminosas consisten en la propagación, sin necesidad de soporte material, de un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.
• Naturaleza Corpuscular de la Luz según Einstein: Einstein propuso que la luz está formada por un haz de pequeños cuantos de energía, también llamados fotones.
• Naturaleza Dual de la Luz: A partir de la teoría cuántica de Einstein, se acepta que la luz tiene una doble naturaleza: corpuscular y ondulatoria. La luz se propaga mediante ondas electromagnéticas y presenta los fenómenos típicamente ondulatorios. Sin embargo, en su interacción con la materia, en ciertos fenómenos de intercambio de energía, manifiesta un carácter corpuscular. Es importante destacar que la luz no manifiesta simultáneamente ambas características; en un fenómeno concreto, se comporta como onda o como partícula.

Ondas Electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas son transversales y consisten en la propagación, sin necesidad de ningún soporte material, de un campo eléctrico y un campo magnético perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación.

Características de las Ondas Electromagnéticas

• Son originadas por cargas eléctricas aceleradas.
• Consisten en la variación periódica del estado electromagnético del espacio. Un campo eléctrico variable produce un campo magnético variable, este a su vez origina un campo eléctrico y, así, sucesivamente ambos se propagan en el espacio.
• No necesitan soporte material para propagarse.
• En estas, los vectores de los campos eléctrico y magnético, E y B, varían periódicamente con el tiempo y la posición.
• Los módulos de los vectores E y B, en una posición y un tiempo determinados, cumplen: E/B = c, donde c es la velocidad de la onda.
• La velocidad de las ondas electromagnéticas depende del medio de propagación. En el vacío, c = 3x10⁸ m/s.
• Las ondas electromagnéticas también cumplen las relaciones entre velocidad, longitud de onda y frecuencia: λ = cT, λ = c/f.

Mediciones de la Velocidad de la Luz

Método Astronómico de Roemer

En 1675, Roemer midió la velocidad de la luz. Aunque no obtuvo el valor real, demostró que la velocidad de la luz es finita. Midió el período orbital a partir del intervalo de tiempo transcurrido entre dos eclipses consecutivos de Ío, un satélite de Júpiter. Encontró que este tiempo era variable e interpretó este hecho admitiendo que, al aumentar la distancia entre la Tierra y Júpiter, la luz que procede del satélite debe recorrer una distancia mayor.

Método Terrestre de Fizeau

En 1849, Fizeau hizo pasar un haz de luz entre dos dientes consecutivos de los 720 de una rueda dentada giratoria. Este haz se reflejaba posteriormente en un espejo situado a una distancia de 8,63 km de la rueda, y volvía siguiendo la misma trayectoria. A bajas velocidades de rotación de la rueda, la luz reflejada era detenida por el siguiente diente.