Biofisica

NATURALEZA DUAL DE LA LUZ

Con la hipótesis de Einstein-Planck, el debate acerca de la naturaleza de la luz recobró todo el interés y lo hizo en medio de una física de nuevo en crisis. La crisis era propiciada en parte por estos hallazgos, dado que en el marco de la física clásica el modelo ondulatorio (según el cual consiste en la propagación del campo electromagnético) y el modelo corpuscular de la luz (según el cual está constituida por fotones) son incompatibles. Y, sin embargo existía una conciencia clara de que algo o mucho de ambos se debía de mantener, puesto que, como hemos visto, el modelo ondulatorio de Maxwell interpretaba satisfactoriamente una gran cantidad de fenómenos del comportamiento luminoso (reflexión, refracción, descomposición en colores, difracción, interferencias, efecto Doppler, polarización,..) y el modelo corpuscular resultaba necesario para interpretar un número creciente de nuevos hechos como el efecto fotoeléctrico, el efecto Compton, la radiación del cuerpo negro,..

En 1924 se produjo un avance fundamental que posibilitó una integración de las dos teorías en un modelo coherente e impulsó el desarrollo de la nueva física cuántica. El físico francés De Broglie (1892-1987), tras una larga meditación sobre la estructura de las grandes teorías físicas y obsesionado por el problema de los cuantos, tuvo la intuición de que el doble aspecto corpuscular y ondulatorio de la luz descubierto por Einstein debería reflejar una ley general de la naturaleza, extensible a todas las partículas materiales. En su tesis doctoral planteó una hipótesis mediante la que atribuyó a toda partícula con impulso, p (para una partícula de masa, m, y velocidad, v, p=m·v), una onda asociada, cuya longitud de onda es l = h/p (h es la constante de Planck). Por esta aportación De Broglie obtuvo el Premio Nobel de Física en 1929.

La incipiente física cuántica generalizó poco después esta hipótesis para considerar que toda entidad física individual (las partículas y también los fotones) tiene una naturaleza dual, lo que significa que su comportamiento global presenta dos aspectos complementarios: ondulatorio y corpuscular. Dependiendo de las condiciones experimentales predomina uno de estos dos aspectos.

Así por ejemplo, un electrón tiene masa y cantidad de movimiento (propiedades corpusculares), pero también longitud de onda (propiedad ondulatoria). En una colisión con otro electrón, predomina el comportamiento corpuscular de ambos, pero también ocurre que un haz de electrones se difracta cuando pasa por un pequeño orificio circular de tamaño comparable a su longitud de onda. De hecho, si el haz de electrones se hace incidir en una pantalla situada detrás del orificio, dibuja una figura típica de interferencias como a la mostrada a la derecha, igual que lo hace la luz.

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