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CAPÍTULO 3. LUZ COMO UNA PARTÍCULA
Lo único que interfiere con mi aprendizaje es mi educación. Albert Einstein La radioactividad es azarosa, pero ¿exhiben las leyes de física esta propiedad en otros contextos aparte de la radioactividad? Si. El decaimiento radioactivo es una buena arena para partir con el concepto del azar, debido a que todos los átomos de un isótopo dado son iguales. Alrellenar la arena con un suministro inagotable de átomos idénticos, la naturaleza nos ha ayudado a descubrir que su comportamiento futuro puede ser diferente a pesar de ser idénticos originalmente. Ahora estamos listos para dejar la arena, y ver cómo el azar se ajusta en la estructura de la física en el nivel más fundamental. Las leyes de la física describen la luz y la materia, y la revolución cuánticareescribió ambas descripciones. La radioactividad en un buen ejemplo de cómo la materia se comportaba de un modo inconsistente con la física clásica, pero si queremos ir bajo todo esto y entender como las cosas noclásicas suceden, será más fácil enfocarse en la luz que la materia. Un átomo radioactivo como el uranio-235 es, después de todo, un sistema extremadamente complejo, consistente en 92protones, 143 neutrones y 92 electrones. La luz, por otro lado, puede ser una simple onda sinusoidal. A pesar de lo exitoso que ha sido la teoría ondulatoria de la luz – permitiendo la creación de la radio y el radar, por ejemplo – aún falla en la descripción de muchos fenómenos importantes. Un ejemplo que es actualmente de gran interés es la forma en que el ozono nos protege de la peligrosa luzultravioleta de longitud de onda corta, que es parte del espectro solar. En la descripción clásica, la luz en una onda. Cuando una onda pasa adentro y afuera de un medio, su frecuencia no cambia, y a pesar de que su longitud de onda es alterada mientras se encuentra en el medio, retorna su valor original una vez que sale de él. Afortunadamente para nosotros, es no es lo que hace la luz ultravioletacuando pasa por la capa de ozono, ¡o no ofrecería protección alguna!

En las recientes décadas, un gran agujero en la capa de ozono se ha extendido desde la antártica.

3.1. EVIDENCIA DE LA LUZ COMO UNA PARTÍCULA

a/ Imágenes tomadas con una cámara digital. La luz incidente en 1 ha sido atenuada cada vez más en las siguientes capturas.

Por un largo tiempo, los físicos han tratado deexplicar los problemas de la teoría clásica de la luz como si surgieran de una comprensión imperfecta sobre los átomos y la interacción de la luz con átomos y moléculas individuales. La paradoja del ozono, por ejemplo, puede ser atribuido a la suposición de que la capa de ozono es una sustancia suave y continua, cuando en realidad está hecha de moléculas individuales de ozono. No fue hasta 1905 queAlbert Einstein cambió la visión, proponiendo que el problema no tiene nada que ver con los detalles de la interacción de la luz con los átomos, y todo que ver con la propia naturaleza fundamental de la luz. En aquellos días los datos eran pocos, las ideas vagas, y los experimentos difíciles de interpretar; se necesitó de un genio como Einstein para ver a través de la confusión y encontrar unasolución simple. Hoy, sin embrago, podemos llegar al centro del problema con una pieza electrónica de consumo ordinario, una cámara digital. En vez de una película, la cámara digital tiene un chip electrónico con su superficie dividida en una rejilla de cuadrados sensitivos a la luz, llamados “pixeles”. Comparado con el grano de compuesto de plata utilizado en la película fotográfica regular, el pixel dela cámara digital es activado por un orden de magnitud de luz mucho menor. Podemos aprender algo nuevo de la luz al usar una cámara digital para detectar cantidades cada vez menores de luz, como se muestra en la figura a/1 a a/3. La figura 1 es falsa, pero 2 y 3 son imágenes reales tomadas con una cámara digital por el profesor Lyman Page de la Universidad de Princeton, en una demostración de...