¿Cómo funciona la luz?

Sin luz es casi inimaginable la vida en la tierra. La luz es la que da a la pradera su color verde y al cielo, el azul. Hace que las estrellas brillen en la bóveda celeste nocturna e ilumina procesos que no serían visibles a simple vista.

El ser humano se ha interesado por la luz en todas las edades, es de suponer que por la riqueza de sus manifestaciones. Pero ha habido que esperar a la época contemporánea para conocer qué es la luz en realidad. En el siglo XVII, Isaac Newton intentó explicar la difusión de la luz basándose en el movimiento de partículas. Casi 200 años más tarde, el inglés George Bidell Airy encontró una explicación de por qué las estrellas aparecen borrosas al mirarlas a través de un telescopio. Airy confirmó además la opinión más extendida de que la luz se comporta como una onda. Aunque una estrella emite una onda de luz de tamaño infinito, la apertura del sistema óptico (su diámetro) solo es capaz de captar una parte de ella, causando por eso la falta de nitidez de los objetos en el plano de imagen. Desde entonces, la mayor parte de las observaciones se explican por la naturaleza ondulatoria de la luz. Pero los cierto es que no todos los fenómenos se pueden aclarar con este modelo. Por eso, Albert Einstein postuló de nuevo en 1905 que la luz está formada por unas partículas llamadas fotones. Son indivisibles y solo se pueden generar y absorber como un todo.

Entonces ¿Cómo funciona la luz?

Únicamente dos teorías complementarias son capaces de resolver una contradicción tan patente. La luz debe ser, por lo tanto, una onda y una partícula simultáneamente. La mecánica cuántica lo ilustra con una sencilla metáfora: La luz viene al mundo como una partícula, vive como una onda y, al final, se extingue de nuevo como una partícula. Según esto, una fuente luminosa emite fotones, que es, como si dijéramos, “el nacimiento” de la luz. La luz “vive” luego como una onda y se difracta en la apertura de la lente. Finalmente, en el detector o en el ojo, la luz se transforma en señales eléctricas. Pero entonces solo se captan siempre fotones individuales, es decir, la luz “al morir” es de nuevo una partícula.

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Todos los sistemas ópticos están sometidos a esta ley, pero normalmente no nos llama la atención porque se suelen detectar muchísimos fotones. Pero si se tienen pocos fotones, se ven realmente los puntos luminosos individuales que llegan al detector diseminados por diferentes lugares. En este modelo de dispersión de los fotones se reconoce la difracción de la onda óptica.

Así ocurre en el microscopio: La luz de una molécula fluorescente se difracta en la apertura del microscopio. Puede llegar a emitir alrededor de 50.000 fotones hasta que acaba “extinguiéndose”. Por tanto hay que poder sacar partido de muy pocos fotones y reconocer las dos naturalezas de la luz.