Ondas y la luz aristotélica
Una de las maravillas de la luz es la forma delicadamente sutil por las que nos permite ver, de una forma que haría sentir orgulloso hasta el mismísimo Aristóteles, como comentaré luego. Uno de estos ejemplos es poder ver las ondulaciones de la superficie del agua en una piscina del infausto encauzamiento del barranco de Arrás.
En este caso me quería fijar en las olitas que se propagan por la superficie y que son un ejemplo maravilloso de movimiento ondulatorio al que recurrir constantemente en un curso de óptica. Una ondulación de la superficie del agua la convierte en una lente, más técnicamente un dioptrio, que puede entonces concentrar la luz que llega a la superficie del agua, por ejemplo proveniente del sol. Si la profundidad de agua es poca y el fondo adecuado vemos esa concentración de luz focalizada en el fondo del mar, en forma de hilitos de luz que técnicamente se denominan cáusticas. Hemos recurrido a ese fenómeno un varias veces en este blog, por ejemplo en estas lentes viajeras.
En este caso nos fijamos en el movimiento ordenado de las ondas sobre la superficie. En clase esto se puede mostrar con un dispositivo, la cubeta de ondas, que no deja de ser una versión portátil, y cara, de lo que muestro aquí y que no es nada difícil de ver en la vida cotidiana.
Es delicioso ver el fluir ordenado y plácido del agua con esos arcos de circunferencia que se van alejando del punto donde se han producido por la caída de una pequeña cascada en el centro de la piscina, invisible a la derecha del encuadre. Estas son ondas circulares, esféricas si habláramos de tres dimensiones en lugar de dos.
Maravilloso ver cómo a medida que se aleja de su nacimiento cada olita circular va ganando radio y se va aplanando, aproximándose cada vez más a lo que sería una onda lineal, o plana si fueran tres las dimensiones. Es la aproximación de un segmento de circunferencia por su recta tangente. Y esa onda lineal se propaga en línea recta, perpendicular a esa tangente. Este es el nacimiento de los rayos de luz, que son ondas planas locales, y que constituyen el corazón de la óptica geométrica.
Esos dos tipos de ondas se aprecian bien en distintas zonas de la piscina en el siguiente vídeo.
Obsérvese que hace falta poca distancia de propagación para la conversión de onda esférica a casi plana a todos los efectos en una región dada de la piscina, cada región con su onda plana propagándose en una dirección distinta.
Permítanme llevar esta idea un poco más lejos, y en lugar de mirar la piscina volvemos nuestra mirada a los cielos. La luz solar nos llega en forma de ondas que aunque sólo fuera por simetría podemos imaginar como esféricas con centro en el sol. El sol ocupa una porción muy pequeña del cielo, medio grado de arco cuando el cielo entero serían unos 180 grados de arco. Podríamos pensar por ello que el cielo está llenos de ondas esféricas luminosas con centro en la posición del sol en el cielo. Ondas como las de la piscina, salvo que ahora no tenemos a mano “otra luz” que nos hiciera ver las ondas de luz [bueno, sí la tenemos, la propia luz puede hacer visibles las ondas de luz mediante un fenómeno que se llama interferencia y que también tenemos tratado en otro lugar del blog].
Pues se trata en este caso de una intuición incorrecta. La luz que nos llega del sol lo hace en forma de ondas planas, porque estamos muy lejos, y opera ese aplanamiento que hemos visto en los vídeos. Una buena prueba de ello son los llamados rayos anti crepusculares que tenemos en otro lugar del blog.
Nos faltaba invocar a Aristóteles. Para este gran grandísimo sabio la luz no es el vehículo de la visión, lo que vemos no es la luz que llega a nosotros desde el objeto que vemos. La participación de la luz en la visión es necesaria [no podemos ver a oscuras] pero indirecta. El papel de la luz según Ari es hacer en acto transparente los medios que son transparentes en potencia, pero sin participar en el acto de la visión, no media entre el observador y lo observado. En nuestro ejemplo de la piscina el papel de la luz, en cierto sentido, es muy aristotélico.
El ejemplo de las olas de agua como metáfora de la luz tiene mucho intríngulis como diría el gran Jesulín. En el caso del agua, las ondas existen como alteración de la materia, el agua que hace de sustrato por el que se propagan. No son sustancia, son alteraciones o accidentes de otra sustancia. Por contra, la luz parece que no es un accidente de un sustrato [lo era mientras existía el famoso éter, pero ya no existe el pobre, como le pasó a Vulcano, la patria de Spock] y sería por tanto una sustancia por sí misma. Incluso nos atreveríamos a decir que esa sustancia son los fotones, la luz está hecha de fotones podría decir alguien [que no seré yo]. No está tan claro, empezando por la propia idea de fotón, que no olvide que es cuántico de nacimiento, donde la idea de realidad tienen menos sitio que en Alicia en el país de las maravillas. No es este el lugar para esta discusión, pero no puedo resistirme a decir que la luz todavía podría entenderse no como sustancia sino como accidente o alteración de otra sustancia, que es……el vacío del campo electromagnético. Ojo que el vacío no es la nada, lo mismo que el cero es un número como muchos otros. Ahí lo dejo. Como decía un sabio muy querido el universo no deja de ser una excitación del vacío.
Comentarios
Publicar un comentario