La luz: En la naturaleza y en el laboratorio
Por Ana María Cetto
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La luz - Ana María Cetto
LA LUZ
La Ciencia
para Todos
Desde el nacimiento de la colección de divulgación científica del Fondo de Cultura Económica en 1986, ésta ha mantenido un ritmo siempre ascendente que ha superado las aspiraciones de las personas e instituciones que la hicieron posible. Los científicos siempre han aportado material, con lo que han sumado a su trabajo la incursión en un campo nuevo: escribir de modo que los temas más complejos y casi inaccesibles puedan ser entendidos por los estudiantes y los lectores sin formación científica.
A los diez años de este fructífero trabajo se dio un paso adelante, que consistió en abrir la colección a los creadores de la ciencia que se piensa y crea en todos los ámbitos de la lengua española —y ahora también del portugués—, razón por la cual tomó el nombre de La Ciencia para Todos.
Del Río Bravo al Cabo de Hornos y, a través de la mar océano, a la Península Ibérica, está en marcha un ejército integrado por un vasto número de investigadores, científicos y técnicos, que extienden sus actividades por todos los campos de la ciencia moderna, la cual se encuentra en plena revolución y continuamente va cambiando nuestra forma de pensar y observar cuanto nos rodea.
La internacionalización de La Ciencia para Todos no es sólo en extensión sino en profundidad. Es necesario pensar una ciencia en nuestros idiomas que, de acuerdo con nuestra tradición humanista, crezca sin olvidar al hombre, que es, en última instancia, su fin. Y, en consecuencia, su propósito principal es poner el pensamiento científico en manos de nuestros jóvenes, quienes, al llegar su turno, crearán una ciencia que, sin desdeñar a ninguna otra, lleve la impronta de nuestros pueblos.
Comité de selección de obras
Dr. Antonio Alonso
Dr. Francisco Bolívar Zapata
Dr. Javier Bracho
Dr. Juan Luis Cifuentes
Dra. Rosalinda Contreras
Dra. Julieta Fierro
Dr. Jorge Flores Valdés
Dr. Juan Ramón de la Fuente
Dr. Leopoldo García-Colín Scherer
Dr. Adolfo Guzmán Arenas
Dr. Gonzalo Halffter
Dr. Jaime Martuscelli
Dra. Isaura Meza
Dr. José Luis Morán López
Dr. Héctor Nava Jaimes
Dr. Manuel Peimbert
Dr. José Antonio de la Peña
Dr. Ruy Pérez Tamayo
Dr. Julio Rubio Oca
Dr. José Sarukhán
Dr. Guillermo Soberón
Dr. Elías Trabulse
Ana María Cetto
LA LUZ
En la naturaleza
y en el laboratorio
La Ciencia para Todos / 32
Primera edición (La Ciencia desde México), 1987
Segunda edición (La Ciencia para Todos), 1999
Tercera edición, 2003
Cuarta edición, 2012
Primera reimpresión, 2015
Primera edición electrónica, 2017
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Imagen de portada: Música solar, pintura de Remedios Varo, cortesía de Carlos Prieto
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ISBN 978-607-16-4937-9 (ePub)
ISBN 978-607-16-0928-1 (impreso)
Hecho en México - Made in Mexico
ÍNDICE
Agradecimientos
Prólogo a la primera edición, por Leopoldo García-Colín
Introducción
I. En blanco y negro
Luces y sombras
Reflexiones
La refracción
II. De colores y otras cosas
Los colores
El arco iris
Otros colores en el cielo
Manchas de aceite y pompas de jabón
La polarización de la luz
III. Historia de la óptica
El nacimiento de una ciencia
La óptica durante la Edad Media
El desarrollo de la óptica durante el Renacimiento
El siglo de las ondas
IV. Las lecciones del siglo XX
El descubrimiento del fotón
La óptica relativista
Luz y materia
V. Más allá de los colores
Luces que no vemos
Origen y destino de la luz
A fin de cuentas, ¿qué es la luz?
Material de lectura
Glosario
AGRADECIMIENTOS
Quisiera expresar mi agradecimiento a quienes me ayudaron directamente con la primera edición de este libro: a don Carlos Prieto, por facilitarme, para la portada, el cuadro Música solar de Remedios Varo; a Leopoldo García-Colín por haberme honrado con su generoso prólogo; a Alfredo Sánchez, del Instituto de Física, por su meticuloso trabajo fotográfico; a Carolina, mi hija, y a los amigos que leyeron el manuscrito, y muy en particular a mi esposo, Luis de la Peña, quien me hizo valiosas sugerencias; por último, a María del Carmen Farías por su franca y estimulante amistad.
PRÓLOGO A LA PRIMERA EDICIÓN
Es muy posible que la palabra óptica tenga un significado muy diferente y variado para el ciudadano común y corriente. Su uso más frecuente lo encontramos en los grandes letreros con que se anuncian las casas que se dedican a la venta de anteojos, previo examen de la vista, que en la actualidad se lleva a cabo con aparatos un tanto complejos. También se asocia el nombre, aunque de manera más indirecta, con la venta de equipo fotográfico, lentes de aumento, binoculares, telescopios, microscopios y otros aparatos similares. Es posible que los estudiantes de secundaria y preparatoria la recuerden como esa parte árida y tediosa de la física que se ocupa del estudio de lentes planas y curvas, los rayos de luz, las leyes de reflexión y refracción y algunos otros temas semejantes. Para los físicos profesionales, la palabra óptica tiene un significado más profundo. En el prólogo al volumen IV de su grandiosa obra sobre física teórica, intitulado Teoría de la luz [Das Wesen des Licht], el gran físico alemán Max Planck nos dice:
La óptica presenta una ilustración todavía más clara que cualquier otra rama de la física de la tendencia peculiar progresiva de la investigación científica de abandonar el punto de partida original, las impresiones sensoriales específicas, para ubicar a los conceptos físicos sobre bases más objetivas. Pues, en tanto que la mayoría de los conceptos ópticos más importantes, la luz y el color, se derivaron originalmente a partir de nuestras impresiones visuales, estos conceptos nada tienen que ver hoy en día con las sensaciones inmediatas de la percepción. De hecho, están relacionados con los conceptos de ondas electromagnéticas y periodos de vibración (frecuencias), una visualización o forma de desarrollo que se ha justificado por los frutos abundantes a que ha dado lugar.
El libro La luz, de Ana María Cetto, reúne en toda su extensión la conceptualización vertida en las líneas escritas por Planck, mediante un lenguaje ameno, simple y siempre objetivo. Nos explica cómo se relacionan estos conceptos físicos más complejos de la física contemporánea —ondas electromagnéticas, frecuencias, periodos, etc.— con los aspectos más inmediatos que nosotros percibimos con la vista: la luz y el color son los temas centrales de la obra. De aquí se pueden dar explicaciones claras y simples acerca del uso y funcionamiento de la multitud de aparatos ópticos que todos conocemos y sobre muchos más un tanto más complejos, como el láser, que fue inventado hace sólo unos decenios.
No obstante el habitual modo de concebir la luz como una onda, en nuestra conceptualización actual de la luz tenemos que pensar en ella a veces como onda, a veces como formada por pequeños corpúsculos o partículas. ¿Por qué?, ¿de dónde surgieron estas dos formas de pensar? El lector encontrará en la obra no sólo la respuesta a estos interrogantes, sino que también apreciará en la lectura la tremenda repercusión que esta dualidad onda-partícula ha tenido en el desarrollo de la física durante el siglo XX. Se convencerá de que la teoría de la luz es un apasionante capítulo de la física que trasciende por mucho nuestras burdas o elementales asociaciones de óptica con lentes. Y, finalmente, podrá también apreciar las connotaciones más sutiles sobre la luz que no vemos
y la información que ésta nos proporciona sobre varios aspectos del mundo que nos rodea: desde la tomografía del cerebro humano y la radiografía de un hueso tomada con rayos X, hasta muchos aspectos de la estructura del universo.
La óptica es, pues, un ingrediente indispensable en nuestra concepción cotidiana del microcosmos y el macrocosmos. Véanlo por ustedes mismos.
LEOPOLDO GARCÍA-COLÍN
INTRODUCCIÓN
El hombre sumergido en las tinieblas de la noche, que ha descansado de sus trabajos y penalidades, abre los ojos al placer más brillante cuando las horas del día se deslizan al descorrer el velo de la naturaleza; todo parece que recobra una nueva existencia en el gran teatro del mundo, al adornarse la Tierra con los brillantes colores de la luz, cuya belleza deslumbra nuestros ojos…
WENCESLAO BARQUERA,
Física de la luz, 1809
Estas palabras, escritas por un ilustre divulgador científico de la Nueva España, son vívido reflejo de las ideas y sentimientos que la luz ha logrado despertar en el hombre. La luz ha sido motivo de las más bellas y variadas expresiones. Desde siempre la humanidad ha vivido atraída por los fenómenos luminosos, ha jugado y experimentado con ellos, ha buscado entenderlos y ha hecho uso de ellos. A través de esa singular ventana que son nuestros ojos, la luz nos ha permitido conocer y entender mejor el mundo y apreciar su belleza.
Hoy día entendemos que para el