El experimento de interferencia de Thomas Young

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Thomas Young (1773-1829)

En época de Thomas Young había diversas teorías acerca de la naturaleza de la luz. Era un asunto muy escurridizo, acerca del que dos de los más eminentes miembros de la Royal Society, Isaac Newton y Robert Hooke, habían discutido durante décadas. Dicen las malas lenguas que Newton esperó hasta la muerte de Hooke para publicar su teoría de la luz, para así evitar que su odiado rival conociera la respuesta a sus dudas. O tal vez lo hizo porque no quería arriesgarse a ser criticado o refutado. Otros competidores fueron Christiaan Huygens, Leonhard Euler y el propio Johan Wolfgan Goethe con su Teoría de los colores. Había un aspecto fundamental, más allá de los detalles y los matices: ¿la luz se comportaba como una onda o como un corpúsculo, como el agua en un estanque cuando lanzamos la piedra o como la piedra misma?

Newton estaba convencido de que la luz se irradiaba de los cuerpos luminosos en forma de diminutas partículas y así quedó establecido hasta comienzos del siglo XIX.

Existían, sin embargo, algunas anomalías que la teoría de Newton no podía explicar, como los efectos de difracción en los bordes o en rendijas estrechas, los colores que aprecen en películas finísimas, por ejemplo en una superficie aceitosa o en las alas de los insectos y que cuando dos haces de luz se encontraban no se producía un choque real entre ambos; es decir, no sucedía lo que sucede cuando Luke Skywalker y Darth Vader hacen chocar sus espadas láser.

Sin embargo, la teoría corpuscular de Newton tenía seguidores de tanto renombre como Pierre-Simon de Laplace.

A finales del siglo XVIII, Thomas Young estudió el comportamiento de algo que todos estaban de acuerdo en considerar una onda, el sonido. Es muy fácil observar el comportamiento ondulatorio del sonido, por ejemplo si lanzamos un sonido sobre una fina capa hecha de arena, veremos cómo se forman ondas muy similares a las de la piedra arrojada al agua de un algo. En 1799, Young propuso que la luz era también una onda en movimiento, como el sonido, pero esperó hasta el nuevo siglo para demostrarlo.

En opinión de Young todos aquellos problemas de la luz entendida como partícula se solucionaban si consideramos que es una onda. Así, por ejemplo, al encontrarse dos haces luminosos lo que se produce no es un choque sino una interferencia entre ambos, que explica que se atraviesen y formen, por ejemplo, nuevos colores en su confluencia. El propio Young explicó  este fenómeno de interferencia en las ondas formadas en el agua, explicando su apariencia por la coincidencia o no de los valles y las crestas de las diferentes ondas al encontrarse. Cuando dos valles o dos crestas se encuentran, se anulan, mientras que cuando se encuentran una cresta y un valle la onda se refuerza. Por eso a medida que alejemos la pared en la que impactarán las ondas, nos encontraremos con columnas o colores o zonas oscuras (donde el impacto se ha producido) y espacios entre ellas (donde no ha habido impacto de una onda, por haberse anulado una a otra).

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Boceto de Thomas Young que muestra los fenómenos de difracción del agua al pasar por dos agujeros (A y B). Como se puede observar las dos ondas coinciden (dos valles o dos crestas) o no (valle y cresta), formando un dibujo característico. Finalmente, las ondas, o el resultado de ese encuentro impactan en puntos como los señalados en C, D, E y F) y dejan un espacio vacío (no impacto) entre ellos.

Finalmente, en 1801 presentó en la Royal Society su investigación “Sobre la Teoría de la Luz y los Colores” y dos años después comunicó los resultados del experimento de la doble rendija, que demostraban el carácter ondulatorio de la luz.

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Experimento de la doble rendija, o de interferencia o del interferómetro de Young, que muestra que la luz al penetrar por una doble rendija e impactar en una pared capaz de registar ese impacto, produce un dibujo de impactos o patrón de interferencia idéntico al que produciría cualquier otra onda. En consecuencia, dice Young, la luz se comporta como una onda, no como una partícula.

La historia de cómo la teoría de Young fue rechazada por los newtonianos y acabo siendo aceptada tras los intentos de Simeón Denis Poisson de refutar la defensa de Young por parte de Augustin-Jean Fresnel es fascinante, pero quizá me desviaría demasiado del asunto. Baste con saber por ahora que la teoría de la naturaleza ondulatoria de la luz acabó por ser aceptada y se consideró que Newton, al menos en este asunto, se había equivocado: el experimento de la doble rendija era elocuente y probaba que la luz no se comportaba como un corpúsculo. O al menos eso se pensó hasta comienzos del siglo XX…

 

Continuará…

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[Escrito por primera vez  después de 1994 y antes de 1996, como un trabajo universitario. La edición actual procede de la edición personal de 1998. No he introducido ningún cambio, más allá de correcciones de estilo para hacer más claro el texto y más agradable la lectura. Ver también la categoría Física: ondas y partículas, para anexos acerca del experimento de la doble rendija]

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