Luz: ventana al universo

La luz nos permite saber de qué están compuestos los astros a los que no podemos llegar

Nebulosa NGC6302 o Nebulosa de la Mariposa

De lejos llega a la Tierra la luz de una estrella desconocida y los astrónomos determinan su composición y su distancia; se descubre un planeta lejano y dan pronto a conocer los compuestos de su atmósfera. ¿Cómo es posible saber tanto de cuerpos tan lejanos? La luz tintineante de los cuerpos celestes que por siglos hemos visto sobre nosotros, guarda información sobre su origen. Siempre nos hemos preguntado qué son aquellos puntos brillantes sobre el cielo, por qué brillan, de qué están hechos. Ha sido en el último siglo en que nos hemos dado cuenta que en la luz ha estado siempre la respuesta.

El ser humano apenas ha explorado una ínfima parte del universo, pero conocemos mucho más de lo que hemos explorado. No somos nosotros quienes hemos ido a él para estudiarlo, sino él que ha llegado a nosotros para que lo conozcamos, y ha llegado a través de la luz. Con su presencia siempre cotidiana, la luz ha sido el medio que nos ha permitido conocer el universo.

Onda y partícula a la vez, la luz es un fenómeno de gran complejidad que a lo largo de siglos han tratado de desentrañar los científicos. Y es esta complejidad la que vuelve a la luz un vehículo de información, una ventana para conocer el universo.

La luz es mucho más de lo que vemos. El espectro electromagnético –del cual la luz visible es sólo una pequeña parte– son ondas cuya longitud es menor cuando su energía es mayor. Cuando un cuerpo se calienta obtiene energía, tras lo cual busca deshacerse del exceso y el cuerpo lo hace a través de la emisión de ondas electromagnéticas, es decir, de luz. La longitud de onda que el cuerpo emita dependerá de su temperatura, entre más caliente emitirá una onda más corta (tendiente al azul) y, entre menos energía, emitirá una onda más larga (tendiente al rojo).

La luz es un fenómeno que se produce en el nivel subatómico. Un átomo está compuesto por un núcleo formado –básicamente– por un protón y neutrón y, “orbitando” alrededor, se encuentran los electrones. El electrón sólo puede ocupar un sitio específico en el espacio alrededor del núcleo que dependerá de la energía que tenga. Se podría decir que hay varios niveles en los cuales se mueven los electrones, por lo cual no tienen una “orbita” estable. Cuando un electrón recibe la suficiente energía (que obtienen en forma de radiación electromagnética) el electrón salta de nivel. De igual manera, el electrón puede dar energía y bajar de nivel y, al hacerlo, emite esa energía en forma de luz, cuya longitud de onda dependerá de la cantidad energía dada.*

La cantidad de energía necesaria para que un electrón suba de nivel, o la cantidad energía que da al bajar de nivel, varía de elemento a elemento. Así, por ejemplo, cuando un electrón de hidrógeno baja de nivel, emitirá una luz de longitud de onda distinta a la que emitiría un electrón de helio. Es por esta razón que la luz es la clave para conocer el universo. Cada átomo emite una longitud de onda distinta, y si ésta se puede medir podemos, en principio, determinar de qué está hecho el objeto que emite la radiación electromagnética, aun si no podemos tocarlo y se encuentra a millones de kilómetros de distancia.

Dos tonos de verde que a nuestros ojos pudieran parecer idénticos pueden ser diferenciados en detalle por un aparato, llamado espectroscopio, al medir su longitud de onda. Al colocarlo sobre un telescopio se puede determinar con bastante exactitud los elementos que componen un astro a partir de la luz que emite. Por ejemplo, en las nebulosas el material está muy disperso y cada átomo emite un tipo de radiación particular, lo que nos permite saber de qué están compuestas. De igual manera, con el espectroscopio podemos saber de qué elementos conforman los planetas y sus atmósferas sin necesidad de ir a ellos. Su luz nos dice todo.

Las ondas electromagnéticas igualmente nos permiten conocer las distancias. En la luz, al igual que en las ondas sonoras, mientras más cerca se encuentre el objeto que emite las ondas la longitud de onda está más comprimida y, al alejarse, la longitud de onda se alarga, con lo cual se puede determinar si un objeto se acerca o se aleja. A través de este fenómeno es que se descubrió que el universo se encuentra en expansión.

Conocer la naturaleza de la luz, nos permite explorar lo que está lejos en el universo. La luz que nos permite vernos, convivir y comunicarnos es también la que nos posibilita ver más allá de nosotros. En los destellos del cielo la naturaleza da cuenta de su profunda complejidad.

Notas:

* Dado que para poder observar necesitamos luz (aunque sea de otro espectro distinto la visible) damos energía al objeto que observamos y, por lo tanto, alteramos su estado pues sus electrones saltan de nivel. Por eso se dice que un objeto cambia al momento de observarlo. Este es un gran obstáculo para la ciencia que tiene como su base la observación. ¿Cómo saber cómo se comporta un objeto -en el nivel atómico- si para observarlo deja de comportarse de la misma manera?


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