LA LUZ ES UN FENOMENO COMPLEJO CUYA NATURALEZA SE HA EXPLICADO GRACIAS A LA CURIOSIDAD CIENTIFICA, AFIRMO LUIS FERNANDO DE LA PENA, INVESTIGADOR EMERITO DEL INSTITUTO DE FISICA, PROFESOR DE LA FACULTAD DE CIENCIAS Y DOCTOR HONORIS CAUSA POR LA UNAM. EN LA CONFERENCIA ?COMO ENTENDER LA NATURALEZA DE LA LUZ?, OFRECIDA EN EL AUDITORIO ALBERTO BARAJAS DE LA FACULTAD DE CIENCIAS A PROPOSITO DEL OTORGAMIENTO DE SU NUEVO GRADO ACADEMICO, DESTACO QUE ESA FORMA DE RADIACION SE PROPAGA EN FORMA DE ONDAS, PERO ES A LA VEZ UNA PARTICULA FORMADA POR FOTONES. LA LUZ QUE LOS HUMANOS VEMOS CON NUESTROS OJOS Y NOS AYUDA A RELACIONARNOS CON LO QUE NOS RODEA SE LLAMA LUZ VISIBLE, PERO ES UNA PEQUENA PARTE DEL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO, UN ABANICO MAS GRANDE QUE EN UN EXTREMO TIENE A LOS RAYOS GAMMA (LOS MAS PODEROSOS DEL UNIVERSO) Y LOS X (QUE INCLUSO ATRAVIESAN NUESTRO CUERPO EN LAS RADIOGRAFIAS), MIENTRAS EN EL OTRO INCLUYE A LAS ONDAS DE RADIO Y LAS MICROONDAS, DE MUY BAJA ENERGIA. EN MEDIO, A AMBOS LADOS DEL DELGADO ESPECTRO VISIBLE, SE UBICAN LA LUZ INFRARROJA (QUE DETECTA CALOR) Y LA ULTRAVIOLETA, CON UNA LONGITUD DE ONDA MAS CORTA QUE LA VISIBLE. “EL MUNDO TIENE MUCHAS COSAS QUE NO VEMOS, LOS COLORES SON UNA TRADUCCION DE NUESTRO CEREBRO”, ABUNDO DE LA PENA. EXPLICO QUE VIAJA EN EL VACIO, AUNQUE LOS ANTIGUOS CIENTIFICOS CREIAN QUE SE DIFUNDIA EN EL ETER , UN CONCEPTO YA SUPERADO QUE SE REFERIA A LO ETEREO. EN SU EXPOSICION, EN LA QUE ESTUVO ACOMPANADO POR ROSAURA RUIZ GUTIERREZ Y MANUEL TORRES LABANSAT, DIRECTORES DE LA FACULTAD DE CIENCIAS Y EL INSTITUTO DE FISICA, RESPECTIVAMENTE, EL FISICO HIZO UN RECORRIDO POR DIVERSOS ESTUDIOSOS SOBRE EL TEMA A LO LARGO DE LOS SIGLOS.
LA LUZ ES UN FENOMENO COMPLEJO CUYA NATURALEZA SE HA EXPLICADO GRACIAS A LA CURIOSIDAD CIENTIFICA, AFIRMO LUIS FERNANDO DE LA PENA, INVESTIGADOR EMERITO DEL INSTITUTO DE FISICA, PROFESOR DE LA FACULTAD DE CIENCIAS Y DOCTOR HONORIS CAUSA POR LA UNAM. EN LA CONFERENCIA ?COMO ENTENDER LA NATURALEZA DE LA LUZ?, OFRECIDA EN EL AUDITORIO ALBERTO BARAJAS DE LA FACULTAD DE CIENCIAS A PROPOSITO DEL OTORGAMIENTO DE SU NUEVO GRADO ACADEMICO, DESTACO QUE ESA FORMA DE RADIACION SE PROPAGA EN FORMA DE ONDAS, PERO ES A LA VEZ UNA PARTICULA FORMADA POR FOTONES. LA LUZ QUE LOS HUMANOS VEMOS CON NUESTROS OJOS Y NOS AYUDA A RELACIONARNOS CON LO QUE NOS RODEA SE LLAMA LUZ VISIBLE, PERO ES UNA PEQUENA PARTE DEL ESPECTRO ELECTROMAGNETICO, UN ABANICO MAS GRANDE QUE EN UN EXTREMO TIENE A LOS RAYOS GAMMA (LOS MAS PODEROSOS DEL UNIVERSO) Y LOS X (QUE INCLUSO ATRAVIESAN NUESTRO CUERPO EN LAS RADIOGRAFIAS), MIENTRAS EN EL OTRO INCLUYE A LAS ONDAS DE RADIO Y LAS MICROONDAS, DE MUY BAJA ENERGIA. EN MEDIO, A AMBOS LADOS DEL DELGADO ESPECTRO VISIBLE, SE UBICAN LA LUZ INFRARROJA (QUE DETECTA CALOR) Y LA ULTRAVIOLETA, CON UNA LONGITUD DE ONDA MAS CORTA QUE LA VISIBLE. “EL MUNDO TIENE MUCHAS COSAS QUE NO VEMOS, LOS COLORES SON UNA TRADUCCION DE NUESTRO CEREBRO”, ABUNDO DE LA PENA. EXPLICO QUE VIAJA EN EL VACIO, AUNQUE LOS ANTIGUOS CIENTIFICOS CREIAN QUE SE DIFUNDIA EN EL ETER , UN CONCEPTO YA SUPERADO QUE SE REFERIA A LO ETEREO. EN SU EXPOSICION, EN LA QUE ESTUVO ACOMPANADO POR ROSAURA RUIZ GUTIERREZ Y MANUEL TORRES LABANSAT, DIRECTORES DE LA FACULTAD DE CIENCIAS Y EL INSTITUTO DE FISICA, RESPECTIVAMENTE, EL FISICO HIZO UN RECORRIDO POR DIVERSOS ESTUDIOSOS SOBRE EL TEMA A LO LARGO DE LOS SIGLOS.
FISICOS DEL INSTITUTO DE CIENCIAS NUCLEARES (ICN) Y DEL GRUPO DE FOTONICA CUANTICA DE LA LOUISIANA STATE UNIVERSITY (LSU) DESARROLLARON UNA TECNOLOGIA CUANTICA PARA IDENTIFICAR FUENTES DE LUZ USANDO INTELIGENCIA ARTIFICIAL. PARA DISTINGUIR LUZ LASER (QUE ES DIRIGIDA DIRECTA E INTENSAMENTE A UN OBJETO MEDIANTE ESA FUENTE) DE LUZ AMBIENTAL (LA QUE ESTA ALREDEDOR Y QUE LOS FISICOS LLAMAN TERMAL Y CONSIDERAN RUIDO), LOS CIENTIFICOS UTILIZAN REDES NEURONALES QUE AUTOAPRENDEN A RECONOCER AMBAS EMISIONES DE LUZ, DE LA MISMA FORMA EN QUE NOSOTROS DIFERENCIAMOS A UN PINO DE UN ENCINO, AUNQUE AMBOS SEAN ARBOLES, EXPLICO ROBERTO LEON MONTIEL, DEL ICN. ESAS REDES NEURONALES SON UN DESARROLLO DE INTELIGENCIA ARTIFICIAL QUE EMPLEA LA FISICA CUANTICA PARA ACELERAR LOS PROCESOS A CENTESIMAS DE SEGUNDO, CON UNA ALTA EFICIENCIA. LA INVESTIGACION FUE PUBLICADA EN “ APPLIED PHYSICS REVIEWS” , LA CUAL CONSIDERO AL ARTICULO FEATURED ARTICLE POR SU INNOVACION Y APLICACION. LA INSPIRACION DEL PROYECTO ES LA DETECCION CON LUZ LASER, REVELO ROBERTO LEON. LA DETECCION E IDENTIFICACION DE LOS DIFERENTES TIPOS DE FUENTES DE LUZ QUE NOS RODEA HA DESEMPENADO UN PAPEL SIGNIFICATIVO EN EL AVANCE DE TECNOLOGIAS FOTONICAS IMPORTANTES, COMO LA DETECCION Y ALCANCE DE LA LUZ (LIDAR, POR SUS SIGLAS EN INGLES), EL SENSADO REMOTO Y LA MICROSCOPIA. “LA TECNOLOGIA LIDAR, QUE ES COMO EL RADAR, PERO CON LASER EN LUGAR DE ONDAS DE RADIO, ES EL POSICIONAMIENTO DE OBJETOS. PUEDE SER APLICADA PARA LA DETECCION DE AVIONES, MISILES O COHETES”, ABUNDO LEON MONTIEL. UNO DE SUS PROBLEMAS ES QUE CUANDO SE ENVIA EL LASER AL OBJETO Y SE DETECTA ESA LUZ A TRAVES DE UNA CAMARA O UN DETECTOR, TAMBIEN SE CAPTA OTRA LUZ (LA AMBIENTAL), QUE ES EXTERNA AL OBJETO. LA FORMA EN QUE LLEGAN ESAS PARTICULAS DE AMBAS EMISIONES DE LUZ ES DISTINTA. LOS EXPERTOS QUERIAN UNA TECNOLOGIA QUE PUDIERA HACER LA DIFERENCIACION MUY RAPIDO. UNA FORMA DE HACERLO NECESITABA UN MILLON DE MEDICIONES, QUE LES LLEVABA UN SEGUNDO HACERLAS, PERO PARA UN AVION O UN MISIL ES MUCHO TIEMPO, APUNTO. “Y PASAMOS DE UN SEGUNDO A CIEN MICROSEGUNDOS CON LA TECNOLOGIA CUANTICA”, SENALO. EN SU TRABAJO, ROBERTO LEON Y OMAR MAGANA LOAIZA, LIDER DEL GRUPO DE FOTONICA CUANTICA DE LA LSU, CREARON UNA TECNOLOGIA CUANTICA INTELIGENTE QUE REDUCE DRAMATICAMENTE EL NUMERO DE MEDICIONES INDISPENSABLES PARA LA CORRECTA IDENTIFICACION DE FUENTES DE LUZ.
Luis Adolfo Orozco es doctor en fisica por la Universidad de Texas en Austin. Trabajo en el Laboratorio Europeo de Fisica de Particulas (CERN) midiendo la masa del antiproton de 1987 a 1990. Fue luego profesor en la Universidad del Estado de Nueva York en Stony Brook y en 2003 se cambio a la Universidad de Maryland en College Park para iniciar el grupo de fisica atomica, molecular y optica. Sus trabajos dirigidos a entender mejor la luz llevaron a su grupo de investigacion y a sus colaboradores de la Univesidad de Oregon a medir el campo electrico de un foton con un metodo que simultaneamente permite estudiar los aspectos de onda y de particula de la luz.. Utilizando luz desarrollaron una trampa para atrapar unos pocos atomos de Francio, uno de los elementos mas raros del planeta, cuya estructura atomica tiene el potencial de revelar informacion sobre la fuerza debil, la responsable del inicio del ciclo solar; la que convierte a los protones en neutrones. Sus experimentos han sido seleccionados por el American Institute of Physics entre los mejores de los anos 1996, 2000 y 2002 y fueron reportados en las revistas Science, Nature, Scientific American, Discover y Science News. En esta charla, Luis Adolfo Orozo explica la naturaleza de la luz como una serie de particulas que no se desvian, un tema en discusion en la fisica desde los tiempos de Isaac Newton. El argumento en favor de las ondas contra las particulas es resuelto en la electrodinamica cuantica mediante un formalismo que combina ambos aspectos. El formalismo es estadistico, y como con todo fenomeno cuantico en general, es mediante la incertidumbre estadistica, las fluctuaciones que las naturalezas ondulatoria y de particula de la luz residen lado a lado de manera auto consistente.
La luz y nuestro concepto de causalidad l.La filosofía de la complementaridad EL CÉLEBRE físico Werner Heisenberg, a quien tanto debe hoy en día la física cuántica, ha precisado rigurosamente dentro de qué límites puede aplicarse el principio de causalidad a los sistemas atómicos.Sus ideas no son sino una consecuencia práctica de la notable filosofía de la complemen taridad, de Niels Bohr, filosofía que ha logrado hacernos comprender qué puntos de vista que parecen ser diametralmente opuestos pueden con ciliarse si se les considera como modos de ver que se complementan mutua mente, precisando uno lo que el otro no deja ver y viceversa.Esta filosofía de Niels Bohr, nacida del esfuerzo por interpretar en una forma no contradictoria las experiencias de la física corpuscular, ha podido actualmente ser generalizada a dominios en los que sería imposible suponer a priori tal manera de pensar.Para apreciar en debida forma las ideas de Bohr, indiquemos cómo se aplican éstas a un caso particular extraído de la experiencia física misma.Hagamos pasar por un fino agujero practicado en una pantalla opaca un haz luminoso paralelo y observemos lo que sucede detrás de dicha pan talla.Si colocamos a cierta distancia de ella un cartón blanco, notaremos dos hechos diferentes según sea el diámetro del agujero.Si éste es grande, 1 milímetro o más, se podrá observar un círculo enteramente iluminado sobre un fondo obscuro.Es claro que la luz, que pasa en línea recta por el agujero, ha iluminado la pantalla colocada detrás de él formando en conjunto una imagen luminosa de dicha abertura.Pero supongamos ahora que vamos disminuyendo el diámetro del agujero hasta reducirlo a menos de una décima de milímetro.Poco a poco, el círculo luminoso formado anteriormente disminuye de diámetro y al mismo tiempo se comienzan a ver anillos luminosos de tanto mayor radio cuanto menor sea el agujero.Este fenómeno, conocido con el nombre de difracción de la luz, se puede explicar rigurosamente si se admite para la luz una naturaleza ondulato ria.Digamos de pasada que también para el primer caso las ondas lumi nosas permiten dar una explicación adecuada.La luz se comporta, pues,
Un cuerpo calentado al rojo vivo emite la mayor parte de su radiacion en las zonas de baja frecuencia (rojo e infrarrojo), si se calienta mas aun, al rojo blanco, emite proporcionalmente mas radiaciones en las zonas del amarillo, verde y azul. Para estudiar estos procesos de intercambio de energia, se concibio un cuerpo o superficie ideal que absorba (sin ninguna irradiacion) y emita toda la energia radiante, y que, por lo tanto, debia ser negro: El cuerpo negro. Los Fisicos del siglo XIX habian determinado que existe una relacion inversa entre longitud de onda y energia, incluso habian logrado ecuaciones para describir el proceso de absorcion y emision de radiacion, pero estas formulas, o eran adecuadas para la descripcion de la luz en la zona del violeta o, eran adecuadas para la descripcion de la zona del rojo del cuerpo negro radiante, pero no habian logrado una formula para describir el proceso de intercambio de la radiacion en todas las gamas de colores (diferentes frecuencias).
INDETERMINISMO DEL MICROCOSMOS p a r a poder explicar las nuevas teorías cuánticas acerca de la energía y de la materia y exponer al respecto las concepciones cientí ficas actuales, es necesario hablar previamente sobre las crisis que su frió el pensamiento físico y la ciencia en general en los primeros años de este siglo.Esta crisis tuvo origen en un conjunto de fenómenos energéticos de naturaleza radiante que fueron descubiertos al comienzo del siglo y que no era posible explicar mediante la teoría ondulatoria de la radiación.Con el objeto de seguir el desarrollo del pensamiento físico en este campo, creo necesario exponer brevemente los puntos fundamentales de estos fenómenos, poniendo de relieve las divergencias que se pre sentaron entre las concepciones clásicas que se tenían al respecto y los resultados experimentales.Siguiendo el orden cronológico y considerando solamente los fenó menos que tuvieron la mayor influencia en el cambio de las concep ciones clásicas de la física, nos limitaremos a describir la emisión ener gética de la parte de un cuerpo negro, la fotoclcctricidad y el efecto Compton.Refiriéndonos a la irradiación de un cuerpo negro, la física ense ña que todos los cuerpos, cuando son incandescentes, emiten luz y en general a cualquier temperatura emiten radiaciones que, para tem peraturas bastante elevadas son visibles, mientras que para temperatu ras bajas son invisibles.El tipo de radiaciones emitidas depende de la naturaleza del cuer po y do su temperatura, pero si el cuerpo es negro, la teoría demues tra y la experiencia lo verifica, que las radiaciones emitidas dependen solamente de la temperatura y no de la naturaleza del cuerpo.
En el año en que se conmemoran los cien años de la mecánica cuántica, este artículo vuelve a analizar una pregunta antigua y, en apariencia, sencilla: ¿qué es la luz en sentido físico? Para intentar resolverla, se hace un recorrido histórico que va desde la teoría corpuscular de Newton y la descripción ondulatoria de Huygens, pasando por los experimentos de interferencia de doble rendija de Young, hasta la teoría de Maxwell que establece la luz como una onda electromagnética. Se muestra cómo esa respuesta, que parecía bien explicada hacia finales del siglo XIX, resultó insuficiente cuando a comienzos del siglo XX aparecieron resultados experimentales imposibles de explicar usando la física clásica. Con nuevos resultados experimentales, se muestra cómo la cuantización propuesta por Planck resuelve el problema de la radiación de cuerpo negro y cómo Einstein, al explicar el efecto fotoeléctrico, obliga a introducir la idea los de cuantos de luz: los fotones. Posteriormente, se discute cómo la teoría y los experimentos contemporáneos consolidan la dualidad onda–partícula, incluso si se consideran fotones individuales, usando divisores de haz e interferómetros que revelan interferencia a nivel de un solo cuanto. Finalmente, se ofrece una visión general de desarrollos actuales que conectan los fundamentos de la mecánica cuántica, con el entrelazamiento, la no-localidad y las pruebas tipo Bell. Se hace énfasis en comprender, por qué los fotones siguen siendo centrales tanto para preguntas conceptuales aún abiertas como para tecnologías cuánticas emergentes, en particular la comunicación y la computación cuántica.