Óptica

Te explicamos qué es la óptica, su historia, impacto en otras ciencias y en qué se diferencian la óptica física, la geométrica y la moderna.

¿Qué es la óptica?

La óptica es una rama de la física que se dedica al estudio de la luz visible: sus propiedades y su comportamiento. También analiza sus eventuales aplicaciones en la vida del ser humano, como es la construcción de instrumentos para detectarla o valerse de ella.

La luz ha sido definida por la óptica como una franja de emisiones electromagnéticas, cuyo comportamiento es similar al de otras formas invisibles (para nosotros) del espectro electromagnético, como la radiación ultravioleta o infrarroja.

Esto significa que su comportamiento puede ser descrito según la mecánica de ondas (excepto en contextos muy específicos en los que la luz actúa como una partícula) y los planteamientos de la electrodinámica clásica de la luz.

La óptica es un campo de investigación muy importante y que nutre de herramientas a las demás ciencias, especialmente a la astronomía, la ingeniería, la fotografía y la medicina (oftalmología y optometría). A ella debemos la existencia de espejos, lentes, telescopios, microscopios, láseres y sistemas de fibra óptica.

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Historia de la óptica

El campo de la óptica ha sido parte de las preocupaciones del ser humano desde tiempos antiguos. Los primeros intentos de lentes conocidos datan del antiguo Egipto o la antigua Mesopotamia, como el lente de Nirmud (700 a. C.) fabricado en Asiria.

Los antiguos griegos también se preocuparon por entender la naturaleza de la luz, que comprendían en base a dos perspectivas: su recepción o visión y su emisión, ya que los antiguos griegos pensaban que los objetos emitían copias de sí mismos mediante la luz (llamadas eidola). Filósofos como Deócrito, Epicuro, Platón y Aristóteles estudiaron profusamente la óptica.

Al relevo de estos estudiosos lo constituyeron los alquimistas y científicos islámicos durante la época medieval europea, como Al-Kindi (c. 801-873) y en especial Abu Ali-al-Hasan o Alhazén (965-1040), considerado el padre de la óptica por su Libro de óptica (siglo XI), donde explora los fenómenos de la refracción y reflexión.

El Renacimiento europeo llevó ese conocimiento a Occidente, en especial gracias a Roberto Grosseteste y Roger Bacon. Los primeros anteojos prácticos se fabricaron en Italia alrededor de 1286. Desde entonces, la aplicación de lentes ópticos a distintos fines científicos no ha cesado.

Gracias a la óptica, genios de la talla de Copérnico, Galileo Galilei y Johannes Kepler pudieron llevar a cabo sus estudios astronómicos. Más adelante, los primeros microscopios permitieron el descubrimiento de la vida microbiana y el inicio de la biología y la medicina modernas. La Revolución Científica entera se debe, en gran medida, al aporte de la óptica.

Óptica física

La óptica física es aquella que considera la luz como una onda propagándose en el espacio. Es la rama de la óptica que más fiel se mantiene a los principios y razonamientos de la física, echando mano a conocimientos previos como las Ecuaciones de Maxwell, por citar un ejemplo importante.

De esa manera, se preocupa por fenómenos físicos como la interferencia, polarización o difracción. Además, propone modelos predictivos para saber cómo se comportará la luz ante determinadas situaciones o en determinados medios, cuando no sistemas de simulación numérica.

Óptica geométrica

La óptica geométrica nace de la aplicación geométrica de las leyes fenomenológicas en torno a la refracción y la reflexión de Willebrord Snel van Royen (1580-1626), el científico holandés conocido como Snell.

Para ello, esta rama de la óptica parte de la existencia de un rayo luminoso, cuyo comportamiento es descrito mediante las reglas de la geometría para hallar fórmulas correspondientes a lentes, espejos y dioptrios. De ese modo es posible estudiar fenómenos como los arcoíris, la propagación de la luz y los prismas. Todo ello empleando el lenguaje de las matemáticas.

Óptica moderna

La rama contemporánea de la óptica surge con la física cuántica y los nuevos campos del saber que esta última hizo posible, así como sus eventuales aplicaciones de la mano de la ingeniería. De ese modo, la óptica moderna comprende una enorme variedad de campos nuevos de investigación respecto a la luz y sus aplicaciones, que incluyen:

• Los mecanismos de láser (amplificación de la luz por emisión simulada de radiación).
• Las células fotoeléctricas, luces LED y metamateriales.
• La optoelectrónica, de la mano de la informática, y el procesamiento digital de imágenes.
• La ingeniería de la iluminación, con aplicaciones en la fotografía, el cine y otros campos.
• La óptica cuántica y el estudio físico del fotón como partícula lumínica y onda lumínica a la vez.
• La óptica atmosférica y la comprensión de los procesos lumínicos atmosféricos.

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Referencias

• “Óptica” en Wikipedia.
• “Qué es la óptica” en Biblioteca Digital ILCE.
• “Óptica” en Enciclopedia.us.
• “Óptica geométrica” en Khan Academy.
• “Optics” en The Encylopaedia Britannica.