¿Te imaginas un mundo sin luz? La luz es una parte fundamental de nuestra existencia, pues nos permite ver, sentir y comprender el mundo que nos rodea. Desde el brillo del sol hasta el tenue resplandor de una vela, la luz es un elemento omnipresente en la vida cotidiana. Sin embargo, ¿alguna vez te has detenido a pensar en qué consiste realmente este recurso y cómo es posible que podamos percibirla?
EINSTEIN Y LOS FOTONES
El concepto de fotón surgió en plena revolución cuántica ante la incógnita de no saber determinar la naturaleza de la luz: ¿era una onda o una partícula? La respuesta final incluyó ambas soluciones, asumiendo una dualidad que postulaba que la luz se comportaba tanto como una onda electromagnética como una corriente de partículas: a veces actúa como ondas que se difractan y crean patrones, tal y como las creadas sobre el agua después de lanzar una piedra, mientras que en otras ocasiones actúa como partículas capaces de golpear y ser detectadas por otros objetos.
Pero la historia de los fotones comienza en el año 1905, cuando Albert Einstein se encontraba inmerso en el estudio del efecto fotoeléctrico, un fenómeno que se observa cuando ciertos materiales emiten electrones al ser expuestos a la luz, siempre y cuando esta posea una frecuencia mínima concreta. Einstein propuso así que la luz estaba compuesta por partículas a las que llamó “cuantos de luz”, que más tarde pasarían a ser conocidos como fotones.
En 1920 y 1930, el concepto de fotón empezó a consolidarse con una serie de experimentos clave: la doble rendija y el Efecto Compton. El primero de ellos, originalmente diseñado para demostrar estaba únicamente compuesta por ondas, acabó por revelar patrones de interferencia que confirmaban los dos comportamientos simultáneos, como onda y como partícula. Por su parte, el físico Arthur Compton realizó ciertos experimentos de dispersión de rayos X que demostraron que la luz podía comportarse como partículas que colisionan y se dispersan, respaldando así la existencia de los fotones.
¿QUÉ SON LOS FOTONES?
Pero entonces, además de comportarse como onda y partícula al mismo tiempo, ¿qué más define a los fotones? Pues bien, una definición adecuada para ellos sería plantearlos como las unidades básicas y fundamentales de la luz y de otras formas de radiación electromagnética, como las ondas de radio, los rayos X y los rayos ultravioletas. Además, al contrario de los electrones o los fotones, no tienen masa en reposo y, consecuentemente se mueven a la velocidad máxima conocida: 300.000 km/s
Además, ¿sabes que los colores que vemos dependen también de los fotones? De hecho, cada tonalidad se corresponde a un fotón con una energía específica: los fotones que se mueven a mayor energía dan lugar a colores como el violeta o el azul, mientras que los de menor energía generan las tonalidades más rojizas. Esto significa que, por ejemplo, la luz blanca se compone de fotones de diferentes colores y, por tanto, de diferentes energías, que se unen en un mismo haz.
LOS FOTONES Y LA MATERIA
¿Y qué ocurre cuando un fotón se encuentra con los objetos y sus átomos? Existen tres respuestas posibles: o se absorben, o se reflejan, o se transmiten. Por ejemplo, cuando un objeto parece de un color específico es porque absorbe algunos fotones y refleja otros: una mesa roja se verá de esa tonalidad porque absorberá los fotones correspondientes a los azules y verdes y reflejará los rojos, que llegarán hasta tus ojos e identificarás el objeto del que proceden con ese tono. Por el contrario, existen otros materiales, como el vidrio, que permiten que la luz lo atraviese, a lo que se conoce como transmisión.
Ahora bien, la interacción de los fotones con la materia es también esencial a la hora de entender las diferentes tecnologías de los últimos años. Por ejemplo, los paneles solares utilizan fotones para excitar los átomos y así generar electricidad a través del efecto fotoeléctrico y la fibra óptica transmite los datos utilizando fotones de luz, permitiendo una transmisión rápida y eficiente a través de largas distancias.
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