Introducción – ¿Qué es la luz?

Los no científicos damos por sentado que la luz es sólo luz, y apenas pensamos de dónde viene o cómo se produce. Así que si su trabajo tiene que ver con la luz, la iluminación o incluso la agricultura de interior, pensamos que le gustaría saberlo.

Este artículo descorre las cortinas sobre «¿Qué es la luz?».

La luz es una liberación de energía.

En resumen, los fotones de luz que emite una fuente luminosa (por ejemplo, una bombilla incandescente) no son más que una liberación de energía. Para explicarlo, tomemos la analogía de una goma elástica que se rompe.

Supongamos que aplicas energía física para separar la goma elástica. De este modo, la energía se transmite al material de la goma elástica en forma de energía potencial. Al soltar un extremo, la goma se contrae rápidamente y se oye un SNAP. El chasquido es la energía potencial liberada en forma de sonido.

Empecemos con el electrón en su órbita baja natural (Fig. 4-a).

Al aplicar energía o electricidad a la bombilla, el electrón del átomo del filamento se excitará a una órbita superior y habrá obtenido energía potencial (Fig 4-b).

Cuando el electrón vuelve a su estado inferior o natural (Fig. 4-c), libera energía, pero en lugar de un sonido, libera un fotón de luz.

Ergo, la luz es simplemente una liberación de energía – Y aunque otros tipos de luces (LED, fluorescentes, etc.) difieren en muchos aspectos, siguen teniendo el mismo resultado final de emitir fotones de luz al permitir que los electrones caigan de orbitales o estados superiores a otros inferiores.

Los electrones no permanecen en una órbita superior, ni siquiera con electricidad constante.

¿Por qué no siguen los electrones en una órbita superior? Al fin y al cabo, se está aplicando continuamente electricidad.

Los electrones en órbita alta son como alguien en la cuerda floja. Siempre están en un estado muy precario e inestable, y es fácil que caigan de la órbita alta. Pero, ¿por qué son inestables los electrones en este estado?

Física y mecánica cuántica

En resumen, las partículas subatómicas como los electrones son raras. Viven en el mundo de lo muy pequeño, el mundo de la Mecánica Cuántica. Esto significa que las cosas no se comportan igual que nuestra propia existencia mundana de tocar, oír, ver y oler.

La propia existencia de un electrón en un momento dado es incierta, por lo que su posición en la cuerda floja es precaria. Así, caen fácilmente y emiten un fotón de luz.

Y debido a la electricidad constante que se aplica, el siguiente electrón se eleva al estado superior, y pronto cae – y es este continuo ascenso y descenso de miles de millones de electrones lo que nos da este chorro de luz de una bombilla.

Visión clásica y cuántica de los electrones (inmersión profunda).

Algunos argumentarán que mi descripción clásica del átomo, el núcleo y los electrones en órbita es inexacta. Estoy de acuerdo, pero así es como se sigue enseñando en las aulas para ayudar a los estudiantes a «introducirse» en las complejidades de la física y la química.

En el mundo cuántico, el electrón existe como una nube de electrones. De ello se deduce que el electrón siempre está entrando y saliendo de la existencia alrededor del núcleo, pero nunca está en un mismo lugar a menos que se le observe.

No se preocupe si no lo entiende: incluso nuestros científicos más brillantes aún no han desentrañado por completo la Mecánica Cuántica. Pero por eso los electrones siguen siendo raros, y por eso su posición en el tiempo y el espacio siempre será precaria.

La luz es a la vez partícula y onda

Es fácil percibir la luz como partículas debido a su comportamiento: Rebota en paredes y espejos, como lo haría una pelota de tenis. Aunque no podemos ver las partículas de luz, deducimos que lo son por su comportamiento.

La luz, al mismo tiempo, también es una onda, no porque podamos ver la luz como ondas acuosas, sino por su comportamiento. Hubo un experimento famoso llamado el experimento de la doble rendija en el que se envió luz a través de dos rendijas y el resultado fue sorprendentemente similar a cómo las ondas de agua pasan a través de esas mismas dos rendijas. Como la luz se comportaba a la vez como partícula y como onda, se consideró que la luz era ambas cosas.

Utilizar un espectrómetro para distinguir partículas y ondas

Un fotómetro puede medir y ver tanto los aspectos de partícula como de onda de la luz. La luz está formada por partículas llamadas fotones. Un espectrómetro o medidor de luz puede medir el número de fotones procedentes de la luz midiendo LUX o PPFD (luces de cultivo). Cuanto mayor sea el LUX, más fotones incidirán en un metro cuadrado.

Un espectrómetro es un sofisticado medidor de luz que también puede medir ondas, y estas ondas tienen una frecuencia asociada a un color específico. Los colores más azules tienen frecuencias más cortas y los rojos, más largas.

Cada fotón tiene asociada una frecuencia de longitud de onda, que determina su color, y un espectro tomado por el espectrómetro puede mostrar el número relativo de fotones de cada color visible en una luz.

Fig 11 Los colores más azules tienen frecuencias más cortas, los rojos más largas

Conclusión – Descorrer las cortinas de lo que es la luz.

La luz es una liberación de energía, como el chasquido de una goma elástica. Tienes que entender los electrones en órbita que son empujados a un estado superior. Debido a la incertidumbre de su existencia, los electrones vuelven fácilmente a su estado natural, liberando energía en forma de fotones. Este continuo subir y bajar de miles de millones de electrones produce una corriente de luz que ya no tenemos por qué dar por sentada.

Cualquiera puede ser científico.