optica

Capítulo 6. Óptica Geométrica
6.1 Naturaleza de la Luz. Esbozo Histórico.
La óptica es la parte de la física que estudia la naturaleza de la luz, las leyes de los fenómenos luminosos
y la interacción de la luz con la sustancia.
Siglo XVII
Las primeras teorías conocidas acerca de la naturaleza de la luz datan de este siglo. Se destacan las
teorías de Huyghens, que consideraba la luz como unaonda, y la de Newton, que en 1704 la describió
como un flujo de partículas, explicando la reflexión de la luz como los “choques” de esas partículas en un
espejo. No estaba claro qué era lo que vibraba en las ondas de Huyghens, ni tampoco como estaban
constituidas las partículas de Newton. La reputación que ya poseía éste último en la época hizo que mayoritariamente se aceptara la luz como unflujo de partículas.
Siglo XIX
En este siglo se logra dar explicación a fenómenos tales como la interferencia, la difracción y la polarización de la luz sobre la base del modelo ondulatorio. Fueron importantes las aportaciones de Young y
Fresnel. En 1860 aparece la teoría de Maxwell del campo electromagnético, que relaciona la óptica con
el magnetismo. Según esta teoría, la velocidad depropagación de las ondas electromagnéticas en el
vacío tiene el valor
1
c=
~ 300 000 km/s
μo εo
que concuerda admirablemente con los resultados experimentales. A partir de este momento el modelo
ondulatorio gana una preponderancia absoluta sobre el modelo corpuscular.
James Clerk Maxwell. Se considera, junto a Newton y Einstein, uno de los pilares fundamentales de la física moderna, a causa desus muchas contribuciones a la física. La más importante es que introdujo el concepto de radiación electromagnética junto con las ecuaciones
del campo (1873), que condujeron posteriormente la teoría especial de la relatividad de Einstein. Su obra más importante es el Treatise on Electricity and Magnetism (Tratado sobre
electricidad y magnetismo, 1873) donde, por primera vez, publicó su conjunto decuatro
ecuaciones diferenciales en las que describe la naturaleza de los campos electromagnéticos
en términos de espacio y tiempo.

Fines del siglo XIX, Principios del XX
Se detectan fenómenos que no se pueden explicar sobre la base del modelo ondulatorio, tales como:
• la distribución de intensidades de los espectros de radiación de los sólidos a alta temperatura (radiación del cuerponegro)
• el efecto fotoeléctrico
• el efecto Compton
Estos fenómenos lograron explicarse posteriormente sobre la base de modelos que no consideraban el
carácter ondulatorio de la luz, sino que más bien lo rechazaban:
•
•

la teoría cuántica de la luz (Planck, 1900)
la teoría de los fotones de Einstein (1905)

Según este último modelo, la luz es un flujo de partículas, que Einstein denominófotones, de energía ε =
hν donde ν es la frecuencia asociada al flujo de partículas.
Y el lector se preguntará ¿Qué frecuencia?¿No ha escrito Ud. que según el modelo de Einstein la luz es
un flujo de partículas y no una onda? ¿Qué es lo que oscila entonces? Esta ambigüedad es precisamente la característica esencial de esta teoría, que le atribuye a la luz conjuntamente propiedades de onda yDr. A.González Arias, Dpto. Física Aplicada, UH, arnaldo@fisica.uh.cu

Parte III, Cap. 6, pag.

1

de partícula. ( A veces se habla de “la onda asociada al flujo de partículas”, lo que no esclarece en absoluto el problema).
Esta particularidad de la luz se conoce como dualidad partícula-onda.
Hasta el momento no existe una teoría unificada capaz de explicar todos los fenómenos conocidosen
que interviene la luz. Las teorías ondulatoria y corpuscular se complementan. Algunos fenómenos se
explican correctamente utilizando la teoría ondulatoria, mientras que otros necesitan de la teoría corpuscular para ser analizados satisfactoriamente. El punto de vista moderno es considerar que la luz no es
partícula ni es onda; se manifiesta como una o como otra en dependencia de la...