La luz tiene una naturaleza dual, como una onda y una partícula. La teoría ondulatoria de Huygens explica la refracción, difracción e interferencia, mientras que la teoría corpuscular de Newton explica la reflexión. La teoría cuántica combina ambos aspectos y explica que la luz está compuesta de fotones que actúan como partículas y ondas, lo que explica todos los fenómenos de la luz, pero, ¿Por qué podemos ver a la luz como Onda-Partícula?
En un artículo anterior, se discutió la dualidad onda-partícula de la luz. En este, se presentarán conceptos más claros y se incluirá un mapa mental para una mejor comprensión del tema.
La luz se puede comportar como onda y como partícula
La teoría ondulatoria de la luz propone que esta se propaga como una onda, mientras que la teoría corpuscular sostiene que está compuesta por partículas llamadas corpúsculos. El experimento de doble rendija demostró que la luz se comporta como una onda y presenta fenómenos de interferencia y difracción que no se explican con la teoría corpuscular. Así, se demostró que la teoría corpuscular no podía explicar el comportamiento de la luz como partícula.
A su vez, establece que la luz es una perturbación ondulatoria del medio, que se caracteriza por su longitud de onda, frecuencia y amplitud. Esta teoría permitió explicar algunos fenómenos que la Teoría Corpuscular no podía. Al demostrarse que la luz podía viajar por el vacío sin ayuda de ningún soporte material, se descartó la Teoría Corpuscular. La luz posee una doble naturaleza, ondulatoria y de partícula, como se demostró en el experimento de Leonard, que evidenció que la luz se comporta como una partícula cuando choca con la materia, pero como una onda en otros experimentos como el de la doble rendija.
Podemos ver a la luz como Onda-Partícula: Teoría Cuántica
La teoría cuántica revela que la luz está compuesta por fotones que tienen propiedades tanto de partículas como de ondas. Podemos ver a la luz como onda-particula y eso depende del experimento realizado y medir la luz altera su estado. El experimento de doble rendija muestra que la luz se propaga como una onda y forma un patrón de interferencia, pero al colocar un detector en cada rendija, el patrón desaparece y se forma como una partícula. La dualidad onda-partícula de la luz es una de las consecuencias más sorprendentes y paradójicas de la física cuántica.
¿Qué características tiene la luz como onda electromagnética?
Comprendiendo la Luz como una Onda
En este mapa mental se pueden visualizar los puntos clave para entender la naturaleza ondulatoria de la luz. A pesar de que a simple vista parece ser una partícula, la luz se comporta como una onda. Posee características específicas, un método de propagación, una clasificación particular y una forma única de interactuar.
Definición de conceptos clave:
- Frecuencia: es el número de veces que una onda sube y baja en un segundo. La frecuencia determina el color de la luz.
- Amplitud: es la altura de una onda desde el centro hasta la punta. La amplitud determina el brillo de la luz.
- Fase: es la posición de una onda con respecto a otra. La fase determina si las ondas se suman o se restan al encontrarse.
- Velocidad: es la distancia que recorre una onda en un segundo. La velocidad de la luz es muy alta, pero depende del medio por el que se mueve.
- Índice de refracción: es el número que indica cuánto se reduce la velocidad de la luz y cuánto se desvía su dirección al pasar de un medio a otro.
- Espectro electromagnético: es el conjunto de todos los tipos de luz que existen, según su frecuencia o su longitud de onda. La luz visible es solo una parte del espectro electromagnético.
- Reflexión: es el cambio de dirección de la luz al chocar con una superficie. La reflexión produce efectos como los espejos o el arco iris.
- Refracción: es el cambio de dirección y de velocidad de la luz al pasar de un medio a otro. La refracción produce efectos como las lentes o la dispersión de la luz.
- Difracción: es la curvatura y dispersión de la luz al atravesar un obstáculo o una abertura. La difracción produce efectos como los patrones de interferencia o las sombras borrosas.
- Interferencia: es la superposición de dos o más ondas de luz. La interferencia produce efectos como los colores iridiscentes o las franjas de luz y oscuridad.
¿Qué características tiene la luz como partícula?
Definición de conceptos clave:
- Efecto fotoeléctrico: es cuando una luz muy energética hace que un metal libere electrones, que son partículas con carga eléctrica.
- Efecto Compton: es cuando una luz choca con un electrón y le transfiere parte de su energía, cambiando así su dirección y su frecuencia.
- Emisión de fotones: es cuando un átomo emite una luz al pasar a un estado de menor energía, que es la capacidad de hacer trabajo o cambios.
- Absorción de fotones: es cuando un átomo absorbe una luz y pasa a un estado de mayor energía, que es la capacidad de hacer trabajo o cambios.
- Energía: es lo que permite que las cosas se muevan o cambien de forma. La energía se puede convertir de un tipo a otro, pero no se crea ni se destruye.
- Fotones: son las partículas más pequeñas de la luz, que no tienen masa ni carga eléctrica, pero sí tienen energía y momento, que es la cantidad de movimiento.
- Flujo luminoso: es la medida de la cantidad de luz que emite una fuente por segundo. Se expresa en lúmenes (lm) y depende de la potencia y la eficiencia de la fuente.
- Iluminación: es el acto de proporcionar luz a un lugar u objeto, ya sea con fuentes naturales (como el sol) o artificiales (como las lámparas).
Conclusión
En conclusión, podemos ver a la luz como Onda-Partícula, y su comportamiento puede ser explicado por la teoría cuántica. Se compone de fotones que poseen propiedades como la posición, momento, energía, longitud de onda, frecuencia, amplitud y fase. La luz se puede clasificar en diferentes tipos según su frecuencia y longitud de onda, y puede interactuar con la materia de varias maneras, como transmisión, reflexión, refracción, dispersión, absorción y difracción. El espectro electromagnético va desde las ondas de radio hasta los rayos gamma, y la luz visible es la única que podemos percibir con nuestros ojos, compuesta por los colores del arco iris.
Referencia
Guigou FJB. La luz como onda y partícula: ¿Qué es la luz? [Internet]. Javier Fisio. Francisco Javier Berastegui Guigou; 2023 [cited 2024 Jan 14]. Available from: https://javierberastegui.es/la-luz-como-onda-y-particula/
