Sobre la Física - Parte 2 - ¿Qué es la luz?
- Adrián Arroyo Calle
Respuesta corta: dualidad onda-pratícula Respuesta larga: la pregunta no tiene sentido y sigue leyendo
Antes de nada, puede que en algún sitio haya cometido un error garrafal de terminología o de concepto, en ese caso indicádmelo
La dualidad onda-partícula hace referencia a la naturaleza de la luz. ¿Qué es la luz? ¿De qué está formada? Para explicarlo, tenemos que remontarnos al siglo XVII, tiempo de Newton y Huygens.
En esta época, la física despega y cada vez se proponen nuevas leyes para explicar fenómenos observados desde la antigüedad, pero que en la cultura clásica grecorromana y posteriormente en filosofía escolástica se trataban sin referencia a las matemáticas. Este concepto actual de relacionar y aplicar las matemáticas a la naturaleza es un pensamiento que nace en el renacimiento.
Al tratar el tema de la luz se realizan experimentos con conclusiones muy dispares, lo que genera gran controversia entre los pocos científicos que había en la época. Básicamente distinguimos dos teorías, no voy a explicar sus experimentos, solo el concepto.
Por un lado, Isaac Newton, propone que la luz es una partícula (una especie de pelotita) y actúa como tal. Tiene experimentos que lo corroboran.
Por otro lado, Huygens propone que la luz es una onda y actúa como tal. Tiene experimentos que lo corroboran.
Sin embargo los modelos de partícula y onda son imcompatibles entre sí y lo que explica una teoría no puede ser explicado por la otra y viceversa. Gran problema.
Entonces llega Maxwell, ya en el siglo XIX y en un atisbo de genialidad, saca a relucir sus ecuaciones electromagnéticas. Estas ecuaciones son un punto de inflexión en la física, unifican mucho contenido disperso de un asunto que traía de cabeza a los físicos como era la electricidad y el magnetismo. Demuestra que estan relacionadas estas propiedades (o que realmente son lo mismo, según la interpretación) y realiza un curioso hallazgo y es que la relación entre campo eléctrico y campo magnético es... la velocidad de la luz. Esto servirá de punto de partida para que Einstein para su teoría de la relatividad, en la cual la velocidad de la luz es constante y no puede ser superada. Volvemos a Maxwell. Esa relación parece indicar que la luz es en realidad una onda electromagnética. ¿Parece que Huygens tenía razón, no?
Pues tampoco, porque a principios de siglo XX se observa el efecto fotoeléctrico. Este efecto no se puede explicar de ninguna manera por la teoría electromagnética y Einstein en 1905 revoluciona el campo de la concepción materia-energía con una teoría cuantificada. Volvamos atrás al concepto de cuantificado.
Max Planck propone un modelo cuántico, el primero, para tratar de explicar comportamientos relacionados con el cuerpo negro. La teoría supone un cambio drástico porque supone admitir que no existen todos los valores de una variable, sino que las magnitudes físicas van a saltos. Estos saltos son los cuantos, de ahí el nombre de la física cuántica.
Einstein toma el concepto de los cuantos y los usa para explicar la naturaleza de la luz en el efecto fotoeléctrico. Para él la luz sigue siendo una onda pero a la vez se transmite en una especie de paquetes. Esos paquetes los llama fotones. Entonces llega el Efecto Compton, que a nivel de electrones demuestra que el fotón tiene comportamiento de partícula. Pero esto ya se vuelve difícil de explicar.
Las teorías de Maxwell funcionaban muy bien y habían sido puestas en práctica con una asombrosa precisión. Ahora estos nuevos experimentos contradecían la teoría de Maxwell. Y lo peor es que aunque se ha definido un comportamiento de partícula, resulta imposible tratar de encontrar la masa de la luz. ¿Cuántos gramos tiene la luz?
Desde entonces se habla de dualidad onda-partícula, la luz es partícula y onda a la vez.
La conclusión a la que podemos llegar (seguro que hay más) es que la física no explica como ES la realidad, sino que planeta modelos que se ajustan a la realidad, pero el universo no es un ordenador o una calculadora. No es una gran ecuación. El universo es el universo, el universo no entiende de la razón y de lógica. Simplemente ES. Y nosotros podemos aplicar modelos, pero esos modelos no SON la realidad.
Así pues la luz es la luz y se manifiesta de formas distintas en nuestros modelos simplificados, reduccionistas. La pregunta entonces no tiene sentido. En general dudo que podamos llegar hasta el "final de la física" puesto que no tendremos nunca la certeza de que el universo se comporta de forma lógica y racional o se comporta de manera irracional, aunque tengamos modelos matemáticos que puedan predecir la realidad con una asombrosa precisión. No caigamos en el dogma del empirismo. No sobrepasemos los límites de la razón.
Antes de nada, puede que en algún sitio haya cometido un error garrafal de terminología o de concepto, en ese caso indicádmelo
Contexto
La dualidad onda-partícula hace referencia a la naturaleza de la luz. ¿Qué es la luz? ¿De qué está formada? Para explicarlo, tenemos que remontarnos al siglo XVII, tiempo de Newton y Huygens.
En esta época, la física despega y cada vez se proponen nuevas leyes para explicar fenómenos observados desde la antigüedad, pero que en la cultura clásica grecorromana y posteriormente en filosofía escolástica se trataban sin referencia a las matemáticas. Este concepto actual de relacionar y aplicar las matemáticas a la naturaleza es un pensamiento que nace en el renacimiento.
Al tratar el tema de la luz se realizan experimentos con conclusiones muy dispares, lo que genera gran controversia entre los pocos científicos que había en la época. Básicamente distinguimos dos teorías, no voy a explicar sus experimentos, solo el concepto.
Por un lado, Isaac Newton, propone que la luz es una partícula (una especie de pelotita) y actúa como tal. Tiene experimentos que lo corroboran.
Por otro lado, Huygens propone que la luz es una onda y actúa como tal. Tiene experimentos que lo corroboran.
Sin embargo los modelos de partícula y onda son imcompatibles entre sí y lo que explica una teoría no puede ser explicado por la otra y viceversa. Gran problema.
Maxwell
Entonces llega Maxwell, ya en el siglo XIX y en un atisbo de genialidad, saca a relucir sus ecuaciones electromagnéticas. Estas ecuaciones son un punto de inflexión en la física, unifican mucho contenido disperso de un asunto que traía de cabeza a los físicos como era la electricidad y el magnetismo. Demuestra que estan relacionadas estas propiedades (o que realmente son lo mismo, según la interpretación) y realiza un curioso hallazgo y es que la relación entre campo eléctrico y campo magnético es... la velocidad de la luz. Esto servirá de punto de partida para que Einstein para su teoría de la relatividad, en la cual la velocidad de la luz es constante y no puede ser superada. Volvemos a Maxwell. Esa relación parece indicar que la luz es en realidad una onda electromagnética. ¿Parece que Huygens tenía razón, no?
Efecto Fotoeléctrico
Pues tampoco, porque a principios de siglo XX se observa el efecto fotoeléctrico. Este efecto no se puede explicar de ninguna manera por la teoría electromagnética y Einstein en 1905 revoluciona el campo de la concepción materia-energía con una teoría cuantificada. Volvamos atrás al concepto de cuantificado.
Max Planck propone un modelo cuántico, el primero, para tratar de explicar comportamientos relacionados con el cuerpo negro. La teoría supone un cambio drástico porque supone admitir que no existen todos los valores de una variable, sino que las magnitudes físicas van a saltos. Estos saltos son los cuantos, de ahí el nombre de la física cuántica.
Einstein toma el concepto de los cuantos y los usa para explicar la naturaleza de la luz en el efecto fotoeléctrico. Para él la luz sigue siendo una onda pero a la vez se transmite en una especie de paquetes. Esos paquetes los llama fotones. Entonces llega el Efecto Compton, que a nivel de electrones demuestra que el fotón tiene comportamiento de partícula. Pero esto ya se vuelve difícil de explicar.
Las teorías de Maxwell funcionaban muy bien y habían sido puestas en práctica con una asombrosa precisión. Ahora estos nuevos experimentos contradecían la teoría de Maxwell. Y lo peor es que aunque se ha definido un comportamiento de partícula, resulta imposible tratar de encontrar la masa de la luz. ¿Cuántos gramos tiene la luz?
Desde entonces se habla de dualidad onda-partícula, la luz es partícula y onda a la vez.
Conclusión
La conclusión a la que podemos llegar (seguro que hay más) es que la física no explica como ES la realidad, sino que planeta modelos que se ajustan a la realidad, pero el universo no es un ordenador o una calculadora. No es una gran ecuación. El universo es el universo, el universo no entiende de la razón y de lógica. Simplemente ES. Y nosotros podemos aplicar modelos, pero esos modelos no SON la realidad.
Así pues la luz es la luz y se manifiesta de formas distintas en nuestros modelos simplificados, reduccionistas. La pregunta entonces no tiene sentido. En general dudo que podamos llegar hasta el "final de la física" puesto que no tendremos nunca la certeza de que el universo se comporta de forma lógica y racional o se comporta de manera irracional, aunque tengamos modelos matemáticos que puedan predecir la realidad con una asombrosa precisión. No caigamos en el dogma del empirismo. No sobrepasemos los límites de la razón.
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