El origen de la luz y su naturaleza han despertado la curiosidad de los científicos y de los seres humanos en general. Tenía diferentes fuentes, la luz procedía del sol, de los astros, del fuego, de las luciérnagas o de los relámpagos. Por otra parte, su una naturaleza tenía una característica extraña y era que, cuando aparecía una luz, lo iluminaba todo y parecía tener una velocidad de propagación infinita o que, por lo menos, superaba con mucho la velocidad de cualquier cosa conocida en la Tierra. Newton descubrió que la luz del sol, llamada luz blanca, estaba formada por rayos de dierentes colores. Por último, la luz se apreciaba de diferentes formas en la naturaleza y en el arte, la luz era resplandor, brillo y sombra, estaba en los múltiples efectos visuales de una puesta de sol. Todas estas cosas y más se conocían sin entender cual era la naturaleza de la luz.
Actualmente un físico puede describir un haz luminoso, sabiendo que es de naturaleza ondulatoria, mediante los valores su velocidad, su frecuencia y su intensidad, pero, con esa sola descripción, quedarían sin explicar cuestiones como: si la luz es una onda y todas las ondas necesitan un medio material para propagarse ¿por qué la luz se mueve en el vacío? Para salvar este escollo hubo que postular la existencia de un elemento no detectado, llamado el éter por el que se propagara la luz que a comienzos del siglo XX se demostró que no existía.
En la antigua Grecia algunos filósofos, como Empédocles (495-435 a. de C.), consideraban que la luz era semejante a un fluido que partía de los ojos del observador y se comportaba como unos apéndices que tomaban contacto con los objetos; equiparando, en cierta medida, el funcionamiento del sentido de la vista con el del sentido del tacto. Esta justificación de la naturaleza de la luz se conoció como teoría táctil.
Pitágoras de Samos (580-495 a. de C.) y Leucipo de Mileto (460-370 a. de C.) afirmaban que la luz era algo que fluía de un foco y era percibido por nuestros ojos, excitando el sentido de la vista. A esta justificación de la naturaleza de la luz se le conoce como teoría de la emisión. Platón (427-347 a.C.) matizó la teoría pitagórica de la luz, relacionándola con la visión y suponiendo era una acción que necesitaba de tres ingredientes: los ojos, el objeto que se ve y el elemento que producía la iluminació.
R. Descartes (1596-1650) utilizó, para explicar los fenómenos de la reflexión y la refracción, la suposición de que un rayo de luz debía estar formado por corpúsculos que rebotaban en superficies opacas o atravesaban medios transparentes, tal como se muestra en su Dióptrica (1637). Pero cuando profundizó en el estudio de la naturaleza de la luz dijo que era como un impuso que se propagaba a través de las partículas adyacentes.
Esta descripción se debe a que Descartes, como Aristóteles, no admitía la existencia del vacío y mantenía que las partículas en la naturaleza estaban pegadas unas a otras sin dejar espacios vacíos por los que pudiera circular algo (así, mediante el movimiento en torbellinos de las partículas empaquetadas sin resquicios, había explicado el movimiento de los planetas).
Descartes pensó que, si la luz fuera un corpúsculo, no podría atravesar las partículas que formaban, por ejemplo, un vidrio, porque el vidrio era una materia sólida con partículas empaquetadas sin huecos intermedios y, por tanto, un corpúsculo luminoso no podía atravesarlo por lo que pensó que debía ser un impulso o espasmo luminoso, casi instantáneo, que estremecía el medio material y se propagaba a través de las partículas adyacentes. Para ilustrar esta acción, Descartes utilizó el símil del bastón empuñado por un ciego, que detectaba instantáneamente en la empuñadura el cuerpo que tocaba con la contera.
Para I. Newton (1642-1727) la característica fundamental observable de la luz era la propagación en línea recta y que esta propiedad como mejor se explicaba era pensando que la luz estaba forma da por corpúsculos y no le pareció plausible la hipótesis ondulatoria. Aunque describió en su Optica (1704) fenómenos que ponían de manifiesto la naturaleza ondulatoria de la luz, como la interferencia, que ya había estudiado R. Hooke (1635-1703), Newton siguió prefiriendo el modelo corpuscular, para lo que conjeturó una explicación diferente: negaba que la luz tuviera naturaleza ondulatoria y los fenómenos de interferencia que se observaban los atribuyó a las vibraciones que producían los impactos de los corpúsculos luminosos en el medio por el que se propagaban.
Newton realizó experimentos que supusieron avances significativos en el conocimiento de la naturaleza de la luz. Demostró que la luz blanca estaba formada por luces de diferentes colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta) y que esos colores podían separarse por medio de un prisma. Además, podían juntarse dos colores o más para producir colores homogéneos. Este descubrimiento rompía con la vaga idea de Aristóteles, difundida por la escolástica medieval de que la luz era “per accidens«, es decir, que la luz era un atributo de la materia.
Newton también analizó en su Optica el fenómeno de la polarización como una propiedad original (cuestiones 25-29 de la Optica). Conocía la descripción del experimento de E. Bartholine (1625-1698) y el tratamiento dado por Ch. Huygens (1629-1695) en su obra De la Lumière (1690), donde estudió el fenómeno de la doble refracción en el Espato de Islandia. De las dos imágenes que se formaban cuando un haz de luz incidía sobre cualquiera de las superficies de este cristal, una de ellas seguía las reglas usuales de la óptica (el seno del ángulo es al seno del ángulo de refracción como cinco es a tres) y la otra lo hace constantemente de la misma forma inusual.
Newton rechazó las explicaciones de Huygens y aventuró que el comportamiento de la luz podría explicarse suponiendo que la luz estaba formada por partículas que tenían diferentes “lados”, por ejemplo, secciones transversales de las partículas podían ser rectangulares. Lo recoge con estas palabras:
Finalmente, la refracción del cristal de Islandia tiene todo el aspecto de ser ejecutada por determinado tipo de virtud atractiva tanto en ciertos lados de los rayos como en las partículas del cristal. En efecto, si no fuese por determinado tipo de disposición o virtud alojada en ciertos lados de las partículas de cristal y no en otros y que inclinan y doblan los rayos … los rayos que inciden perpendicularmente sobre el cristal no se refractarían hacia esos costados más que hacia cualquier otro… (cuestión 29 de Optica)
Por otra parte, Huygens había descubierto, experimentando con el espato de Islandia, el fenómeno de la polarización. Observó que, cada uno de los dos rayos que salían de la refracción del espato de Islandia podían desaparecer y apagarse si se les hacía pasar por un segundo cristal de espto girado alrededor de un eje paralelo al rayo luminoso. Este fenómeno, de carácter claramente ondulatorio, no fue tenido en consideración por Newton y había de tener una gran importancia para descubrir la naturaleza electromagnética de la luz.
El reconocimiento de la luz como onda se manifestó claramente a comienzos del siglo XIX. En 1801. Th. Young (1773 -1829) demostró experimentalmente el carácter ondulatorio de la luz con con la prueba de las interferencias luminosas en el experimento de la doble rendija realizada (los efectos de difracción y dispersión no se hacen evidentes hasta que una onda pasa sobre un objeto o por un agujero cuyo tamaño es igual o menor que la longitud de onda) y A. J. Fresnel (1778-1827) en 1815 realizó una formalización matemática de la teoría ondulatoria de la luz y con ella quedaba de manifiesto que el poder explicativo de la teoría ondulatoria era mayor que el de la teoría corpuscular. La luz, al atravesar ranuras finas mostraban características que tenían las ondas y no las partículas.
Debemos destacar que, hasta entonces, la mayoría de los científicos suponían que las ondas de luz eran longitudinales como las sonoras las ondas. Young y Fresnel demostraron que si las ondas de luminosas fueran transversales el fenómeno de la polarización tenía muy fácil explicación.
El experimento de cara a identificar la luz con una onda electromagnética los realizó, en 1845, M. Faraday (1991-1867), el fenómeno llamado efecto Faraday, que muestra que cuando un rayo de luz polarizada atraviesa un medio material sometido a un campo magnético en la dirección de propagación de la rayo luz, su plano de polarización gira y el ángulo que gira es proporcional a la intensidad de la componente en la dirección de propagación de la onda luminosa del campo magnético, B.
Faraday reflejó este experimento en su diario de laboratorio de la siguiente forma:
Hoy he trabajado con líneas de fuerza magnética, aplicadas a diferentes cuerpos (transparentes en distintas direcciones) y al mismo tiempo haciendo pasar un rayo de luz polarizada a través de ellas (…) se produjo un efecto sobre el rayo de luz polarizado, y por tanto la fuerza magnética y la luz se demuestra que están relacionadas entre sí”. “Este hecho probablemente será sumamente fecundo y de gran valor en la investigación de ambas clases de fuerzas naturales”
Esta tarea sería completada por la teoría del electromagnetismo de C. Maxwell. Sus ecuaciones implicaban que las ondas electromagnéticas que propagaban a velocidad de la luz que quedó clasificada como onda electromagnética. Puede verse una aproximación a tema en:
