¿Qué es la luz?

 

La respuesta que nos da un físico al preguntarle por la naturaleza de la luz no es, normalmente, ni corta ni fácil. Onda, partícula, espectro electromagnético… empezamos hablando de algo que todos observamos y acabamos hablando de cuántica y relatividad.
Todos sabemos lo que es la luz. La vemos ¿no? Pero si nos preguntan “¿qué crees que es la luz?” empezamos a dudar. Así que comenzamos pensando cómo se comporta, qué hace la luz en casos concretos y a partir de ahí sacamos conclusiones.

Muchos hicieron esto antes que nosotros. Algunos llegaron a la clara conclusión de que la luz estaba formada por partículas. Era la conclusión adecuada a la que llegar tras sus experimentos (o sus observaciones y razonamientos en épocas anteriores al método científico): las “partículas” de la luz del Sol inciden sobre un cuerpo, no lo traspasan y tenemos su sombra; esas partículas “rebotan” en una superficie y se reflejan, o cambian de medio y al cambiar su velocidad, se refractan; la observación del efecto fotoeléctrico llevó a la misma conclusión a Einstein que utilizó la teoría de paquetes de energía de Plank y llamó Lichtquant (ahora les llamamos fotones) a esas partículas lumínicas con energía cuantificada. De manera que sí, los experimentos muestran que la luz es una partícula.

Pero otros, al realizar experimentos de otro tipo (o al principio al compararla con las ondas sonoras o con las ondas formadas en un líquido) llegan a otra conclusión: la luz es una onda que permite explicar los fenómenos de reflexión, refracción y difracción. Entonces Young encuentra las interferencias en su experimento de doble rendija, propias de las ondas, y Malus la polarización, lo que consolida la teoría ondulatoria con la luz como onda transversal. Y al seguir por este camino de investigación, la luz queda definida como una onda electromagnética que se guía por las ecuaciones de Maxwell.

De manera que tenemos dos teorías que explican ciertas observaciones, pero ninguna de las dos las explica todas. Hay algunas (como la difracción) que no puede explicar la teoría corpuscular, y otras (como el efecto fotoeléctrico) que no explica la teoría ondulatoria.

 

Dualidad onda-partícula

 

Así que ya lo tenemos: la luz es una partícula (el fotón) y una onda (una onda electromagnética que se desplaza en el vacío). O mejor, diremos que la luz se comporta como una partícula o se comporta como una onda dependiendo del experimento que llevemos a cabo: bienvenidos a la dualidad onda-partícula y la física cuántica.

Pero no solo eso, además Einstein postuló que la velocidad de la luz es constante y a partir de ahí creó la teoría de la relatividad. Así que el estudio de la naturaleza de la luz durante siglos acabó llevando a postular las dos grandes teorías físicas del S.XX, la relatividad y la cuántica.