Dualidad onda-corpúsculo
Hoy nos toca profundizar un poco más en la naturaleza de la luz. Ya que según diversos estudios a lo largo de la historia, ésta puede comportarse en algunas ocasiones como partículas y otras como ondas. Ya que la luz es una radiación electromagnética que afecta a la visión y que se distingue del resto de radiaciones electromagnéticas en su cantidad de energía.
LA LUZ COMO ONDA
Según la teoría ondulatoria, la energía de una onda electromagnética se reparte de la misma forma entre los campos eléctricos y los magnéticos que son perpendiculares. Y que además, oscilan de forma perpendicular a la dirección de propagación de las ondas, como podemos ver en la siguiente figura.
En el año 1801 se dio la primera demostración de que la luz tenía comportamiento de onda, por Thomas Young. Él demostró que la luz mostraba un comportamiento de interferencias cuando había unas condiciones apropiadas. Pero fue en el año 1873 cuando se demostró el hallazgo más importante en este campo, James Clerk Maxwell probó que la luz no solo era una onda, sino que, concretamente, era una onda electromagnética con una frecuencia muy alta. Predijo que la velocidad de estas ondas era aproximadamente de 3×10^8 en el vacío. Algunos años después, en el 1887, Hertz corroboró lo dicho por Maxwell de forma experimental, produciendo y detectando ondas electromagnéticas. Además, fue un poco más allá, y demostró que estas ondas se comportan como cualquier tipo de ondas, es decir, tienen todas las características que poseen las ondas, entre otras, se refractan y se reflejan.
LA LUZ COMO PARTÍCULA
Muchas de las propiedades de la luz fueron descritas gracias a su comportamiento como onda, no obstante, hubo algunos experimentos que dieron lugar a una incoherencia respecto a las ondas. Uno de estos experimentos fue el efecto fotoeléctrico, el cual consiste en una emisión de electrones desde una superficie metálica que está expuesta a la luz. (Este método se utiliza hoy en día para transformar la energía del Sol en energía eléctrica).
Volviendo al problema que surgió debido al efecto fotoeléctrico, fue Einstein quien lo resolvió aportando una nueva teoría en la que utilizaba un concepto desarrollado por Max Planck; según el cual los átomos absorben y emiten cantidad de energía llamados fotones (que es una característica de la materia). Einstein consideró que la energía de las ondas electromagnéticas (la luz) viajaba en paquetes denominados cuantos o fotones.
Esta relación sobre la energía de la luz se representa en la siguiente ecuación:
Donde E es la energía del fotón que se mide en Julios; v es la frecuencia de la onda mediada en Herzios (Hz); y h se denomina la constante de Planck, que expresa la relación existente entre la cantidad de energía y de frecuencia que se asocia a un cuanto o a una partícula; su valor es de 6.626×10^-34 Joules Hz.
HIPÓTESIS DE BROGLIE
Una vez se ha visto que la luz se comporta a la vez como onda y como partícula, surgió una nueva pregunta, ¿sólo la luz tiene este comportamiento dual? Es decir, ¿existirá alguna partícula que también se comporte como onda?
El encargado de estudiar este nuevo desafío fue Louis de Broglie ayudándose de los resultados de sus predecesores como Planck o Einstein entre otros. Broglie determinó que toda partícula se puede comportar como onda en experimentos concretos. Por tanto, cada partícula tiene una onda asociada que se denomina onda de materia, y que dota a toda materia de un comportamiento dual.
Este comportamiento se caracteriza por la longitud de onda asociada, λ=h/p, donde h es la constante de Planck ya anteriormente mencionada y p es la cantidad de movimiento de la partícula (p=mv).
En experimentos posteriores se comprobó que Broglie estaba en lo cierto, lamentablemente, no es posible apreciar este comportamiento en partículas macroscópicas.