Las ondas electromagnéticas son uno de los fenómenos que mejor
ejemplifica como incluso las facetas más familiares de la vida cotidiana están
imbuidas en una maraña misteriosa de realidades cuasi alienígenas que solo
conocemos a medias. La luz, que para los que tenemos el privilegio de ver es
nuestra conexión más preciada con el mundo material alrededor, está compuesta
por un extraño engendro de ondas-partícula que son una excitación de un campo
que permea todo el universo. Este concepto roza lo místico y para mi deja claro
que aquellos que ven en la ciencia una forma de ver nuestro mundo fría y vacía
de emoción, no han sentido el hormigueo en el cuello que produce enfrentarse a
la sublime extrañeza del mundo real.
La primera vez que siendo adulto presté atención al concepto de las
ondas electromagnéticas fue
trabajando como profesor de apoyo en un instituto
público inglés. El darme cuenta que fenómenos tan dispares como la radio, la
luz y los rayos x no son más que manifestaciones de un mismo todo, fue uno de
esos momentos cuando de repente, todo el caos alrededor empieza a encajar. De
hecho fue uno de los descubrimientos que más me animó a seguir leyendo sobre
física.
Estas ondas vienen a ser lo mismo que los famosos fotones que tanto
nos suenan. Son excitaciones del campo electromagnético que permean todo el
universo que conocemos y si nada las detiene viajan por el universo
pisándole a tope hasta dar con el límite de velocidad del universo que ni
siquiera los ligeros fotones pueden superar: 300.000.000m/s. Es desafortunado
en algún modo que nosotros solo podamos ver la pequeña frecuencia de onda que
ocupa la luz visible porque de otra forma alcanzaríamos a ver maravillas
astronómicas como la radiación proveniente de los agujeros negros o los restos
del Big Bang como telón de fondo del cosmos. Aunque las ondas electromagnéticas
son en todos los casos los mismos fotones, para su estudio los humanos las
hemos clasificado en distintos grupos dependiendo de dos factores que son dos
formas de observar un mismo aspecto: frecuencia y longitud de onda. Las
ondas pueden llevar consigo más o menos energía. Esta energía las hace vibrar
más vigorosamente por lo que su frecuencia se hace cada vez mayor y los
picos de cada módulo de la onda se acercan más y más. Esto significa que una
alta frecuencia conlleva un alto contenido energético y una longitud de onda
muy corta. En el otro extremo del espectro estarían las frecuencias de onda más
bajas, con ondas mucho más amplias. Siguiendo este orden de mayor a menor
frecuencia tenemos las siguientes categorías: rayos gama, rayos x, radiación
ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja, microondas y ondas de radio.
Lógicamente, el espectro no se descubrió en orden tipo por tipo. Algo
me hace pensar que la luz seguramente se descubrió primero. Es de hecho,
la única radiación que podemos medir sin más aparato que el ojo (que ya es
sofisticado de por sí) y ya los griegos reflexionaban sobre su forma de
comportarse. Los mismos titanes de la filosofía que teorizaron sobre el resto
de la creación, también lo hicieron sobre el comportamiento de la luz, y ya en
la época de Newton aparece la controversia sobre si la luz es una onda o una
partícula. Pero es el astrónomo y compositor germano-británico William Herchel
el primero en notar que hay algo acechando más allá del rojo, al realizar un
experimento comparando la temperatura de los distintos colores del espectro al
pasar la luz a través de un prisma en el 1800. El año siguiente el químico y
físico alemán Johann Wilhelm Ritter encuentra el ultravioleta escondiéndose al
otro lado de la luz visible, debido a las reacciones químicas que provoca. Más
tarde, el suceso que desencadena el descubrimiento del total del espectro es la
formulación por parte de James Maxwell de las ecuaciones que describen el
electromagnetismo. Estás predicen la existencia de ondas electromagnéticas y
Maxwell infiere correctamente que la luz es una de ellas. Dotado con esta nueva
herramienta el físico Heinrich Hertz se lanza a la búsqueda de estas
misteriosas ondas y consigue dejar su nombre grabado para la posteridad
logrando este objetico en 1866 en su versión menos energética: las ondas de
radio. De su descubrimiento Hertz dijo “No tienen uso alguno… este es
simplemente un experimento que prueba que el maestro Maxwell tenía razón”
(una reflexión para los que piensan que los descubrimientos científicos deben
tener una aplicación práctica inmediata). Entre finales del XIX y principios
del XX se descubren los rayos x y los rayos gama, completando el espectro que
hoy conocemos.
Sobra decir que estos descubrimientos revolucionaron el mundo de la
tecnología y la comunicación para siempre. Si los nombres de la mayoría de este
tipo de radiación nos suena es por los artilugios que llevan su nombre. Las
ondas electromagnéticas nos ayudan a enviar mensajes, calentar nuestra comida y
ver el interior de nuestros cuerpos sin abrirlos. Pero a menudo olvidamos su
uso más fascinante. El estudio del universo. La radiación es nuestro único modo
de saber qué ocurre en la inmensa lejanía de los vastos espacios siderales y el
único medio que tenemos para mantenernos en contacto con el resto del cosmos.
Distintos tipos de radiación son producidos por distintos tipos de
objetos y procesos en el universo. La luz solar, por ejemplo, se produce cuando
los núcleos y los electrones de los átomos de hidrógeno que la inmensa presión
en el interior del sol obliga a separarse, se fusionan de nuevo en forma de helio,
emitiendo su exceso de energía en forma de fotones que viajan cientos de miles
de años intentado salir del globo solar (no pueden viajar más rápido debido a
la densidad del sol) para esparcirse en todas direcciones una vez que dejan la
superficie del sol atrás. Una vez fuera tardan solo 8 minutos en llegar a la
tierra. La luz de las estrellas que vemos en el cielo se produce del mismo
modo. Pero igual que un átomo bajo ciertas condiciones puede emitir un fotón,
también puede absorberlo, y de hecho así sucede. Gran parte de la luz visible
emitida por estrellas y galaxias es absorbida por nubes de gas en el camino lo
que convierte a este rango del espectro en un recurso un tanto pobre por sí solo
a la hora de investigar objetos realmente lejanos.
Afortunadamente el conocimiento de otros rangos de onda hace que los
astrofísicos del siglo XXI tengan una gran ventaja sobre el resto de humanos
que a lo largo de la historia se han tenido que apañar con la pequeña rendija
que ofrece la luz visible que nuestros ojos perciben naturalmente. Esto no
quiere decir que esta increíble nueva posibilidad fuera recibida con los brazos
abiertos desde el primer momento. Inicialmente los resultados de las
exploraciones radioscópicas solo se consideraban de fiar si se podían
contrastar con observaciones de telescopios tradicionales. Karl Jansky de los
Laboratorios Bell fue uno de los primeros en utilizar ondas de radio con fines
de observación cósmica y efectivamente recibió en su receptor ondas provenientes
de fuera del globo terráqueo. Hoy sabemos que parte de esa radiación proviene
del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Hoy en día a través de las ondas
de radio podemos detectar objetos como los quasars (Quasi stelar radio source)
Que se encuentran entre los objetos más misteriosos y lejanos del universo o
galaxias ricas en gases dado que los átomos de hidrógeno que abundan en las
nubes de gas también emiten en radio.
Como menciona Neil deGrasse Tyson en el artículo del que estoy
sacando la mayor parte de esta información, si pudiéramos ver en microondas,
todo estaría iluminado a nuestro alrededor con la radiación proveniente de los
repetidores de telefonía móvil y también veríamos los radares de carretera, lo
que los haría bastante inefectivos. Pero aún mejor, podríamos ver fenómenos
mucho más fascinantes como la imagen de los restos del Big Bang que estaría presente
en todo momento en el cielo, permitiéndonos ser testigos permanentes del
nacimiento del universo.
Acercándonos al mundo de la luz visible nos topamos con la radiación
infrarroja que de ser percibida nos convertiría en una especie de detectores de
calor. De noche, objetos como estufas, tuberías de agua caliente y la piel de
otros humanos brillarían con luz propia. También aparecerían ante nuestros ojos
a lo lejos en el cielo, densas nubes de gases que ejercen de guarderías
interestelares y donde grandes masas de este material colapsan debido a su
propia gravedad para formar estrellas. Esto sería posible dado que estas nubes
absorben la luz visible y la reemiten en forma de infrarrojo. Esta radiación no
se absorbe tan fácilmente por lo que llega sin impedimentos hasta nosotros y
nos permite confeccionar mapas más precisos de nuestra propia galaxia.
Hemos visto que todas aquellas ondas menos energéticas que la luz
visible son de enorme ayuda a la hora de explorar el universo. Las ondas más
energéticas son un tanto más problemáticas ya que se absorben más fácilmente.
La conocida radiación ultravioleta como bien sabemos es absorbida en gran parte
por la capa de ozono. Materiales como el cristal también la absorberían, por lo
que nuestras ventanas de cristal serían opacas como ladrillos a este tipo de
luz. Pero existe la posibilidad de lanzar receptores en órbita que sortearían
las dificultades creadas por la atmósfera. Uno de los usos más
interesantes sería el estudio de la radiación proveniente de los agujeros
negros. Como es conocido, estos tienen una densidad tal que ni siquiera la luz
puede escapar de ellos. Pero la gravedad alrededor del horizonte del agujero es
tal que somete a la materia que los rodea a condiciones exóticas que hacen que
esta emita radiaciones altamente energéticas antes de desaparecer para siempre.
La
información usada para este artículo se extrae sobre todo de “Muerte por
Agujero Negro” de Neil deGrasse Tyson y “17 Ecuaciones que cambiaron el mundo”
de Ian Stewart y se completa con alguna aportación de la Wikipedia.
Imagen de:
http://www.iaacblog.com/mai-2012-2013-moushira-elamrawy/2013/06/final-research-phase-i-on-the-issue-of-waves/
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