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El desarrollo de la óptica moderna (continuación)

Agustín Juan Fresnell (1788-1827)

ísico e ingeniero francés. Gran parte de su vida trabajó como ingeniero de caminos en Francia. Por oponerse al regreso de Napoleón de la isla de Elba perdió su empleo y, durante los cien días que duró su despido, se interesó por la óptica y la desarrolló en forma notable, construyendo la estructura matemática completa de la teoría ondulatoria de la luz.

Fresnell fue para la óptica lo que Newton para la mecánica, claro que hubo otros gigantes que lo precedieron, como Huygens, que inició y construyó las bases de esta teoría siglo y medio antes, así como Grimaldi y Young que observaron la difracción y la interferencia de la luz. Huygens supuso que las ondas luminosas eran longitudinales, como las sonoras en el aire, en cambio Fresnell supuso a las ondas transversales, es decir que las vibraciones eran perpendiculares a la dirección de propagación de la onda. Existía un fenómeno que no podía explicarse ni por la teoría corpuscular ni por la teoría ondulatoria con vibraciones longitudinales y era que si se miraba un escrito a través de un cristal de espato de Islandia (calcita), las letras se veían dobles.

Como las vibraciones transversales pueden darse en diferentes direcciones o planos, la luz al pasar del aire al espato de Islandia puede ser refractada en dos ángulos diferentes, porque uno de los rayos puede consistir en ondas que oscilan en un plano (luz polarizada) y el otro rayo en ondas que oscilan en un plano perpendicular al primero. La luz polarizada tiene grandes aplicaciones en la actualidad y fue empleada con gran éxito por Pasteur en sus estudios de química orgánica.

En 1815 presentó los resultados de sus investigaciones a la Academia de Ciencias de París y encontró fuerte oposición por parte de los grandes científicos: Laplace, Biot y Poisson. Poisson objetó que si esa teoría fuera cierta, la sombra de un disco debería tener un punto brillante en el centro, lo que consideraba absurdo. Los experimentos demostraron que no tenía nada de absurdo y que Fresnell tenía razón. En 1818 se le otorgó un premio de la Academia de Ciencias y los jueces que votaron en su favor en forma unánime fueron los que antes lo criticaron: Laplace, Biot y Poisson.

Fresnell diseñó las lentes que llevan su nombre que se usan en los faros y que son más eficientes que los espejos esféricos.

La mayor dificultad de la teoría ondulatoria de la luz fue encontrar el medio en que se realizaban las Vibraciones. Las ondas sonoras se propagan en el aire o en los líquidos o sólidos. Los partidarios de la teoría ondulatoria postularon la existencia del éter, que llenaba todo el espacio incluyendo la zona interplanetaria donde existe prácticamente un vacío absoluto. Las vibraciones del éter producían las ondas luminosas. Sólo los sólidos pueden transmitir ondas transversales, por lo que el éter, que llenaba todo, debía tener propiedades elásticas difíciles de entender y aceptar. La eliminación del éter tuvo que esperar al desarrollo de la teoría electromagnética de la luz de Maxwell y de la teoría de la relatividad de Einstein.

En las Mémoires de L'Academie Royale des Sciencies de L'Institut de France, volumen V, 1826, Fresnell dice:

Grimaldi fue el primero en observar el efecto que un rayo de luz produce en otro rayo. Recientemente el distinguido doctor Tomás Young lo ha demostrado por medio de un sencillo e ingenioso experimento en el que se producen franjas luminosas por el encuentro de rayos deflectados en dos lados de un objeto opaco.

Bandas luminosas más finas y brillantes pueden obtenerse cortando dos rendijas paralelas y próximas, en un cartón u hoja de metal y colocando la pantalla así preparada enfrente de un punto luminoso. Nosotros podemos observar por medio de una lupa colocada entre el cuerpo opaco y el ojo, que la sombra está llena de un gran número de brillantes franjas de colores por tanto tiempo como la luz ilumine a ambas rendijas simultáneamente, pero que desaparece cuando la luz se elimina de una de las rendijas.

Si permitimos que dos rayos de luz de la misma fuente luminosa se reúnan bajo un ángulo pequeño, al ser reflejados por dos espejos metálicos obtendremos también bandas similares con colores más puros y brillantes que antes. En tiempos de Fresnell se empleaban en los experimentos rayos solares que se llevaban al laboratorio por medio de espejos y se descomponían en rayos de colores por medio de prismas. Hoy en día, con los rayos láser (del inglés, Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation) se dispone de haces de luz monocromática (de un color) de gran intensidad y casi paralelos. Actualmente se puede lanzar un rayo láser a una región de la Luna y observar la luz que se refleja a la Tierra.

Con un aparato que emite rayos láser podemos producir bellos anillos de interferencia de la luz (Figura 26). El rayo se hace pasar por un orificio hecho en un cartón, se refleja posteriormente en un espejo en el que se depositó polvo de grafito de un lápiz, para dispersar un poco el rayo láser. Al regresar el rayo y pasar nuevamente por el orificio produce el espectro de interferencia en el cartón. La luz del rayo que usamos es de un rojo intenso, lo mismo que los anillos brillantes. El rayo láser se hizo más visible por medio de humo de cigarro.

Fig. 26 Anillos de interferencia de la luz producidos al pasar un rayo láser (de ida y vuelta) por la superficie exterior de un espejo que tenía polvo de grafito para dispersar un poco el rayo

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