Fundamentos de la Óptica: De la Teoría Corpuscular a la Dualidad de la Luz

Teorías sobre la naturaleza de la luz

Isaac Newton: Teoría de emisión corpuscular

La teoría de emisión corpuscular de Newton define la luz como partículas que emiten los cuerpos luminosos en línea recta y en todas las direcciones. Estas partículas atraviesan cuerpos transparentes y son reflejadas por los opacos. Esta teoría explica la propagación rectilínea de la luz y los fenómenos de reflexión y refracción; sin embargo, no logra explicar las interferencias y las difracciones.

Christian Huygens: Teoría ondulatoria

La teoría ondulatoria de Huygens propone que la luz es un movimiento ondulatorio longitudinal. Dado que la luz se propaga en el vacío, supuso que las ondas luminosas necesitan de un medio para propagarse, denominado éter. Según esta visión, la luz es generada por la vibración de las partículas incandescentes, donde todos los puntos alcanzados se convierten en nuevos focos emisores de ondas. Explica la refracción, la reflexión y, posteriormente, los fenómenos de interferencias luminosas, la difracción y la polarización.

James Clerk Maxwell: Teoría electromagnética

Maxwell realizó la demostración de la existencia de ondas electromagnéticas en la luz y dedujo que la velocidad de estas es igual a la de la luz en el vacío. Definió las ondas luminosas como ondas electromagnéticas. Años después, se corroboró que las ondas electromagnéticas poseen las mismas propiedades que las luminosas. Sus principales objeciones radican en que no explica los fenómenos de radiación por absorción o emisión, los efectos fotoeléctricos ni la emisión de luz de los cuerpos incandescentes.

Max Planck: Teoría de los cuantos

En la teoría de los cuantos, se recurre nuevamente a la teoría corpuscular de Newton para emplear el cuanto como "átomo de luz", que posteriormente se denominaría fotón. Como objeción principal, esta teoría no explica los fenómenos de tipo ondulatorio.

Louis de Broglie: Teoría mecánica y ondulatoria

De Broglie logra conciliar las teorías electromagnéticas y de los cuantos a través de la evidente dualidad de la luz (onda-partícula).

El espectro de luz y la radiación electromagnética

La amplitud de la radiación electromagnética determina indirectamente el brillo o la intensidad de la luz. La relación diferencial entre la amplitud y la fase de los campos eléctrico y magnético condiciona el estado de polarización.

Propiedades físicas

• Espectro visible: Comprende las longitudes de onda que percibe el ojo humano. Al ser un espectro continuo, los colores se toman de forma indicativa. Cabe destacar que los tonos marrones y magentas no están representados directamente en el espectro; la explicación al origen de estos tonos se trata en el triángulo de color.
• Frecuencia: Es el número de vibraciones en la unidad de tiempo, medido en Hercios (Hz).
• Longitud de onda: Es la distancia desde un punto determinado de una onda al punto correspondiente de la siguiente, medida en nanómetros (nm).

Clasificación del espectro

Espectro electromagnético

Es de una magnitud enorme. Se establece como referencia que 1 candela equivale a 555 nm.

Espectro luminoso

Se define como la energía radiante electromagnética situada entre los 300 y 1500 nm. Este comprende:

• Espectro visible: Parte del espectro que es capaz de captar el ojo humano (aproximadamente entre 380-780 nm).
• Espectro no visible: Incluye las franjas extremas de los rayos infrarrojos y los rayos ultravioletas.

Tipos de visión y percepción

Dependiendo de las condiciones lumínicas, existen tres tipos de visión:

1. Visión fotópica: Condiciones de día o alta luminosidad.
2. Visión mesópica: Condiciones de iluminación intermedia.
3. Visión escotópica: Condiciones nocturnas o de baja luminosidad.

Color de la luz: Las diferentes longitudes de onda del espectro visible son percibidas como distintos colores por el ojo humano.