En el Traité de la lumière (1690) de Ch. Huygens se exponía una teoría coherente sobre la naturaleza ondulatoria de la luz en la que explicaban, la reflexión, la refracción y la doble refracción de la luz mediante ondas mecánicas que se propagaban por un medio elástico invisible (todas las ondas necesitaban un medio para propagarse) y, como se había observado que la luz se propagaba en el vacío, se postuló la existencia de la existencia de una medio elástico, elástico, no detectado, llamado éter.
Aunque la teoría ondulatoria de Huygens fue la base se la óptica moderna, en el siglo XVIII su mayor repercusión la tuvo por desafiar el modelo corpuscular de Newton, recogido en su Optica o Tratado de las reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz (1704).
En 1801 Thomas Young (1773 -1829) demostró la naturaleza ondulatoria de la luz, aunque nadie sabía nada sobre la naturaleza del medio que ondulaba la luz en su propagación. También demostró que, con la teoría ondulatoria se podían, explicar los anillos de Newton por la interferencia de las ondas reflejadas en dos superficies, sin recurrir a la explicación complicada de las vibraciones de los medios producidas por el impacto de los corpúsculos de luz. Pero sobre todo La teoría ondulatoria permitía explicar con satisfactoriamente la difracción de la luz
Young logró explicar la alternancia de las franjas por analogía con las ondas acuáticas. Analizando la composición de las ondas, según se encuentren en fase, en oposición de fase o en cualquier situación intermedia. Dos o más ondas están en fase cuando están perfectamente alineadas en el mismo punto de su ciclo o vibración. Esto significa que alcanzan sus crestas (máximos) y valles (mínimos) al mismo tiempo. Cuando esto ocurre, se suman de forma directa generando una interferencia constructiva que aumenta su amplitud total. Mientras que si están en oposición de fase (valles con crestas) la amplitud es la diferencia y puede llegar a anularse la onda
Con este criterio partió para elaborar el experimentode la doble rendija. Cuando dos ondas luminosas se componen y llegan a un punto de la pantalla en concordancia de fase (sus crestas coinciden) las intensidades de ambas se suman de manera que su llegada a la pantalla produce un punto iluminado o brillante. Por el contrario, si se hallan en oposición de fase (cresta de una coincide con valle de la otra) aparece un punto no iluminado, oscuro.
Su experimento consistía en lo siguiente:
Un manantial de luz monocromática (todas las ondas tienen la misma longitud de onda) incide en una rendija desde la que propaga la luz a otras dos rendijas por las que pasa la luz a una pantalla o placa fotográfica. Si la luz monocromática estuviera formada por partículas luminosas en la pantalla se observarían dos bandas brillantes de luz, pero en la pantalla se observa una sucesión de aros concéntricos, alternativamente brillantes y oscuros, con el centro brillante.
Ese resultado observado tiene una explicación clara, si la luz es una onda, de la siguiente forma: La luz monocromática que atraviesa la primera rendija, llega a las dos rendijas A y A’ de las que salen sendos abanicos de ondas en fase, y en la pantalla se observa una sucesión de aros brillantes y oscuros.
Sea O el punto medio entre las dos rendijas A y A’, y sea M un punto de la pantalla frente a O.
El punto M, que será el centro de los aros luminosos, equidista de las dos rendija A y A’ y será, además un punto brillante porque las trenes de ondas procedentes de las rejillas llegan en concordancia de fase cualquiera que sea la longitud de onda l de la luz monocromática.
Si tomamos un punto P del círculo brillante más próximo a M. Podemos hacer las siguientes consideraciones:
Los trenes de ondas llegan a P en concordancia de fase (por ser brillante y estar entre M y P un zona oscura)
La diferencia entre la distancia AP y A’P, AP – A’P = AS es exactamente una longitud de onda l
Entre M y P hay una zona oscura, lo que supone que los trenes de onda llegan en oposición con una diferencia de longitud de onda de l/2 , que será la zona oscura
En la gráfica se observa que la distancia A’P < AP. Si romanos A’P = AS y consideramos el triángulo isósceles A’PS entonces AS = l
A partir de la separación entre estas franjas, la distancia a la pantalla y la separación de las rendijas, Young logró estimar por primera vez las longitudes de onda de la luz visible, que eran muy pequeñas y se miden en nanómetros (10-9m) Mediante trigonometría y la geometría del montaje (con redes de difracción muy finas y ajustando debidamente la distancia entre la rejilla en la pantalla) llegó a demostrar que
donde y es la Distancia entre dos franjas brillantes (máximos) consecutivas, d la separación entre las dos rendijas y L la distancia desde las rendijas hasta la pantalla. Que viene a demos trar que los triángulos ASA’ y OMP son “casi semejantes”
Al medir estas magnitudes físicas con herramientas sencillas y aplicar esta relación matemática, Young logró estimar la longitud de onda de la luz violeta en unos (400 nm y la de la luz roja en el doble (800 nm)
Uno de los resultados del experimento de Young fue de la determinación de la longitud de onda de cada uno de los colores que componen la luz natural, La separación de las franjas era función de la longitud de onda de la luz.
No obstante había otros fenómenos que explicar. El físico francés A. J. Fresnel (1788-1827) amplió el desarrollo de la teoría ondulatoria de la luz dándole el rigor y la precisión matemática, pero desde el punto de vista de la física de las ondas incorporó una idea fundamental, diferente del concepto de onda de Young.
Young creía que las ondas luminosas eran longitudinales, como lo son las ondas sonoras en cualquier medio material. En las ondas longitudinales, durante la propagación de la onda, las moléculas del medio oscilan en la dirección del desplazamiento de la onda. Pero hasta entonces no se habían tomado serio un problema que se había descubierto a principio del siglo XVIII , que era el fenómero de la polarización de la luz, y las investigaciones sobre este fenómeno ayudaron a considerar que las ondas luminosas debían ser transversales y no longitudinales.
En su época Huygens y Newton habían observado la polarización de la luz al atravesar cristales de calcita, pero, con diferentes concepciones de la naturaleza de la luz de ambos sabios, no supieron cómo interpretarla.
La polarización e la luz se produce porque la luz natural es una onda transversal que puede oscilar en multitud de planos y la polarización de la luz restringe esta vibración a un patrón, sus oscilaciones vibran en una dirección específica.
Es la que sucede con la turmaina que es un mineral birrefringente, que tiene la propiedad la propiedad de no dejar pasar nada más que la luz natural y la polarizada en un plano perpendicular a su eje. cuyo plano de polarización sea paralelo a este eje.
A principios del siglo XIX E. Malus (1775-1812) había realizado varios experimentos para verificar aspectos de la teoría ondulatoria de Huygens. Estudió detalladamente la polarización y en 1808 descubrió que también se producía el fenómeno en la reflexión de la luz , lo que probaba que no era un fenómeno propio de los cristales Ante estos fenómenos Fresnel optó por aceptar que las ondas luminosas eran transversales, pues era la única posibilidad de dar una explicación a los descubrimientos de Malus muy difíciles de explicar dentro dela teoría ondulatoria .
Pero se seguía sin haber determinado el medio real que necesitaban las ondas luminosas para propagarse, éter era un invento portado por analogía con las necesidades de otras ondas, pero no se conocía y con la búsqueda del éter se abrieron nuevos caminos para la ciencia.
