Historia De la Optica

EL NACIMIENTO DE UNA CIENCIA.

LA Luz y los fenómenos relacionados con ella han desempeñado un papel fundamental en la evolución y el desarrollo de la humanidad. Difícil sería imaginar un mundo envuelto en la eterna oscuridad; lo que sí es claro es que sería muy diferente del mundo en que vivimos... y mucho menos interesante.

Tomando esto en cuenta, no es de sorprender que la óptica haya surgido como una de las primeras ramas de las ciencias naturales: desde épocas muy remotas el hombre se ha sentido atraído por los fenómenos luminosos, que despertaban en él gran curiosidad, y que le aportaban, además, una variedad de beneficios prácticos.

Entre los vestigios de las antiguas civilizaciones se han hallado algunos objetos que testimonian este interés por los fenómenos ópticos. Por ejemplo, en las ruinas de Nínive, antigua capital asiria, fue encontrada una pieza de cristal de roca, pulida en forma de lente convergente. En Creta se hallaron dos lentes que datan de 1200 a.C. y que, según algún historiador, fueron usadas como lentes de aumento, aunque no hay testimonio que confirme esta hipótesis.

Más antiguos aún, de entre los restos de tumbas egipcias se han extraído trozos de espejos metálicos, que probablemente no servían sólo de adorno, sino también para desviar la luz del Sol. ¿Cómo se explica uno de otra manera las hermosas decoraciones que cubren los muros interiores de las tumbas subterráneas, accesibles sólo por estrechos retorcidos túneles? Porque resulta que no hay señal alguna de que sus autores hayan utilizado fuego para alumbrarse mientras pintaban.

Por otra parte, un fragmento de un antiguo documento griego encontrado en Egipto habla de algunas ilusiones ópticas. Entre ellas menciona un conocido efecto visual que no ha dejado de intrigar a la humanidad; el agrandamiento aparente del Sol y de la Luna cuando se acercan al horizonte.

Los filósofos naturales de la antigua Grecia propusieron algunas teorías ópticas en las que se confundía la luz con el fenómeno de la visión. Según decían los pitagóricos, la visión es causada por la proyección de imágenes lanzadas desde los objetos hacia el ojo. En cambio, Euclides y los platónicos sostenían que la sensación visual se produce cuando los "haces oculares" enviados desde los ojos chocan con los objetos. Podría resumirse la idea de los platónicos acerca de la visión diciendo: "Ojos que no ven, luz que no existe."

Aristóteles rechazaba estas dos teorías de la visión, y proponía en cambio que el medio entre el objeto y el ojo desempeña un papel esencial. Decía que cuando este medio (que puede ser el aire o el agua, por ejemplo) está en reposo, hay oscuridad; excitado por el "fuego" de un objeto, el medio pasa al estado activo y se vuelve transparente. Los colores del objeto pueden entonces viajar hasta nuestros ojos; del "estado de actividad" del medio dependerá qué colores puede transmitir.

También los matemáticos griegos se preocuparon por la óptica, pero por sus aspectos geométricos. Por ejemplo, a la pregunta de por qué los objetos se vuelven invisibles con la distancia, respondían que los rayos visuales que salen del ojo son divergentes, y cuanto más se alejan de éste, tanto más espacio dejan entre ellos. Observaciones geométricas tan importantes como la propagación rectilínea de la luz, y la igualdad de los ángulos de incidencia y de reflexión se hallan en los escritos sobre óptica atribuidos a Euclides, el gran geómetra alejandrino.

Los famosos espejos cóncavos que según la historia emplearon los siracusanos para quemar las naves del invasor romano fueron producto de los estudios ópticos de Arquímedes. Desgraciadamente este invento no parece haber logrado su cometido, porque los romanos sitiaron la isla de Siracusa —y aunque aparentemente por error de un soldado— mataron a Arquímedes. Sin embargo, la obra de este científico llegó a ejercer una influencia importante hasta los dos primeros siglos de nuestra era inspirado en sus hallazgos, Herón estudió los espejos de diversas formas: planos, cóncavos y convexos, y logró fundir en una las dos leyes de la reflexión especular. Escribe en su obra Catoptrica:"el rayo, sea o no reflejado, sigue siempre el camino más corto entre el objeto y el ojo" (véase capítulo I, sección 2). Esta aseveración sería retomada por Fermat en el sigloXVII, quien la reformuló en términos más generales.

También el fenómeno de la refracción llamó la atención de los griegos. Una contribución importante a su estudio se la debemos al astrónomo Claudio Tolomeo, quien en su Libro quinto de óptica informa de la construcción de un aparato para medir con exactitud los ángulos de incidencia y de refracción, si bien no logró formular la ley de la refracción, que todavía Kepler, en el siglo XVII, buscaría en vano. Al estudiar la refracción producida por la atmósfera, Tolomeo advirtió que su magnitud aumenta con la distancia de los astros al cenit, por lo que sus efectos son más notables en la cercanía del horizonte.

2. LA ÓPTICA DURANTE LA EDAD MEDIA

La época del Imperio romano y la mayor parte del Medievo transcurrieron prácticamente sin dejar huella en la historia de la física en Occidente. Las contribuciones más significativas a la óptica medieval se deben sin duda al célebre científico árabe Ibn al-Haytham, conocido en Europa como Alhazan o Al-Hazen, quien vivió en el siglo X.

Los mahometanos se habían impuesto la tarea de "examinar las obras de los griegos y mejorarlas donde sea posible". A esto se dedicó Al-Hazen, y con éxito. Por ejemplo, logró establecer una distinción clara entre la luz como entidad física y el ojo como detector. Hizo importantes adelantos en la óptica de lentes y espejos, y fue el primero en analizar correctamente los principios de la cámara oscura. Hizo un buen cálculo de la altura de la atmósfera, basado en la duración del crepúsculo. Además, anticipó un descubrimiento reservado a un lejano porvenir: que la luz viaja con una velocidad finita.

En buena medida los adelantos en la óptica árabe se debieron a sus aplicaciones a la medicina. De la obra de Al-Hazen, traducida al latín en el siglo XIII, hemos heredado algunas de las palabras usadas para identificar las partes del ojo: retina, córnea, humor acuoso, humor víitreo...

En Occidente habían de transcurrir aún tres siglos para que una persona se aventurara a cuestionar los cánones aristotélicos: el monje franciscano Roger Bacon. Entre otras cosas, Bacon estudió a fondo la obra de la escuela árabe. Era un aficionado de la óptica, y consideraba que esta ciencia, "además de ser bella, es indispensable para el conocimiento de otras ciencias".

Hay quienes consideran que Bacon fue el inventor de los anteojos. Se dice que recomendaba su uso a los ancianos y a las personas de vista débil, y que era tan experto en estos menesteres, que al usar los lentes personalmente podía enterarse en Oxford de lo que estaba sucediendo en París. Habría que aclarar que ya en aquellos tiempos la tecnología del pulido de cristales estaba muy desarrollada en el norte de Italia, y probablemente los vidrieros venecianos o pisanos se adelantaron a Bacon con el invento. Aun así, las aportaciones de Bacon a la sistematización de la óptica como ciencia fueron importantes, si bien sus ideas innovadoras, en particular su Llamado a la ciencia experimental lanzado desde la prisión, no encontrarían eco hasta el Renacimiento.

3. EL DESARROLLO DE LA ÓPTICA DURANTE EL RENACIMIENTO

La revolución artística que se dio en Europa durante los siglos XVI y XVII estuvo acompañada de una revolución comparable en el ámbito de las ciencias. Los científicos abandonaron la especulación escolástica y comenzaron a estudiar la naturaleza a través del experimento.., con notables resultados. La óptica participó de esta revolución, y se desarrollo tanto en el plano teórico como en el práctico.

De la impresionante obra de Leonardo da Vinci, primera gran figura de la época, una parte está dedicada a la óptica. Entre otras cosas, formuló una teoría de la visión, en la que el ojo es comparado a una cámara oscura. Es muy probable, por cierto, que al igual que otros pintores de la época, Leonardo se haya valido de la cámara oscura para hacer sus croquis e incorporar los principios de la perspectiva en su pintura. Dice en uno de sus manuscritos: "Una pequeña apertura en el postillo de la ventana proyecta sobre la pared interior del cuarto una imagen de los cuerpos que están más allá de la apertura" (Figura27).

Figura 27. Primera ilustración que se conoce de una cámara oscura,usada para observar un eclipse solar en 1544. De un libro del médico holandés Gemma Frisius.

A la revolución científica del Renacimiento contribuyó de manera; importante la invención de instrumentos que ampliaban las posibilidades de observación y permitían una experimentación cuantitativa. De los instrumentos ópticos desarrollados en la época, sin duda los más importantes son el telescopio y el microscopio.

Galileo Galilei, quien durante 30 años se dedicó a hacer experimentos en física, escribe en las primeras páginas de su libro Siderius Nuntius ("El mensajero de las estrellas"), publicado en 1610: "Hace diez meses llegó a mis oídos la noticia de que un holandés había hecho una lente para espiar, que hace que los objetos distantes parezcan cercanos. Al cabo de un breve tiempo logré fabricar un instrumento similar, a través de un estudio profundo de la teoría de la refracción." Galileo debe de haber trabajado arduamente esos días, porque no contaba con la ley de la refracción, que fue establecida sólo 11 años más tarde por W. Snell, un joven holandés (véase capítulo I, sección 3). En cuanto tuvo armado un buen telescopio, Galileo lo dirigió hacia el firmamento y hacia la Tierra. Los descubrimientos celestes (incluidos cuatro de los satélites de Júpiter) los consignó rápidamente en la obra antes mencionada, y con la misma celeridad vendió el aparato a la alcaldía de Venecia, por ser una herramienta especialmente útil para las batallas navales.

                                 

En cambio, a quien Galileo envió uno de sus primeros telescopios, estaba encantado con el instrumento, lo perfeccionó y lo usó para compilar las tablas de datos sobre el movimiento de los planetas alrededor del Sol, que constituyeron la base para el establecimiento de sus trascendentales leyes sobre el movimiento planetario. En su esfuerzo por perfeccionar el telescopio, Kepler dedicó un año al estudio de la formación de imágenes. 

Por otra parte, la publicación de Galileo se agotó en unos cuantos días y los fabricantes de lentes se dedicaron a armar telescopios cada vez más grandes y más elaborados. El físico holandés Christiaan Huygens, además de ser un gran teórico de la óptica, era especialmente hábil para la fabricación de estos instrumentos —aunque sólo los ha.cía para uso personal y de sus amigos. Con uno de sus telescopios descubrió un satélite de Saturno y pudo distinguir claramente los anillos que circundan este planeta.

Luis Alvaro. 

Bibliofrafia: http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/32/html/sec_8.html