domingo, 4 de enero de 2009

UN POCO DE HISTORIA DE LA OPTICA (II): DESDE DA VINCI HASTA NEWTON

Muy buenas, hoy me he animado a escribir otro capitulillo sobre historia, y aprovechando la efemérides de hoy (hoy hace 366 años que nació Sir Isaac Newton) me viene de perlas, porque es por donde lo dejaremos hasta el tercer y último capítulo. Que le sirva, pues, de homenaje, y a todos los genios que se van a nombrar ahora.

El renacimiento fue una época para la ciencia de verdadero auge, una revolución en todos los sentidos del ámbito cientifico y muy directamente de la óptica por ser objeto de estudio de casi todas las mentes pensantes de la época. Se puede decir que en el siglo XV hubo un antes y un después de Leonardo Da Vinci (1452-1519).
Entre otros muchísimos hallazgos e investigaciones merece destacar su aportacion a la óptica: su modelo de ojo como una cámara oscura (recordad que es como nuestro modelo de ojo similar a una cámara de fotos, que es en esencia una cámara oscura). Seguramente, como muchos artistas de la época se valió de una cámara oscura para hacer croquis y estudiar las perspectivas para pintar. Dijo en uno de sus manuscritos (escritos, como muchos saben, al reves) "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".
Realizó muchos progresos pero tuvo el fallo de creer que la función visual estaba en el cristalino y no en la retina, tras postular que la imagen se formaba en retina. No le debió convencer que la imagen llegara invertida, además en sus dibujos los rayos se cortaban dos veces. Diseñó máquinas para tallar espejos muy grandes como los de arquímedes (que no realizó ninguna). Hizo una importantisimo descubrimiento que le situaría como padre de la contactología: habló de la posibilidad de utilizar lentes pegadas al ojo y además se le atribuye el diseño de varios dispositivos que se puede considerar las primeras lentes de contacto. Unos de sus diseños más sencillos consistía en una media ampolla llena de agua, en la que, al introducir el ojo en la superficie corneal quedaba neutralizada (escrito en el márgen de uno de sus escritos). Además describe minuciosamente un dispositivo para eliminar los vicios de refracción del ojo (astigmatismo). Todo aquello no se pudo realizar por limitaciones de la época (muy común en la obra de Leonardo).

Muchos autores consideran que en 1543 comienza la Revolución Científica por la publicación de dos obras: La de Vesalio, Humane Fabrica y la de Copérnico, Astronomía Nova. Es desde luego una revolución artística y científica durante los siglos XVI y XVII en la que los científicos empezaron estudiar la naturaleza a través de los experimentos. Las gafas empiezan a considerarse como un elemento de moda, signo de opulencia, intelectualidad y sabiduría. En esta época, surgen las monturas con varillas, se añade un puente a las gafas para que descansen mejor sobre la nariz y se empieza a diversificar el uso de nuevos materiales. Esta época para la óptica fue marcada por dos inventos: el telescopio y el microscopio. (un dia hablaremos de ellos largo y tendido)

Hay tres candidatos para inventor del telescopio (que se inventó sin nociones ningunas de física): El italiano Gianbattista della Porta, que en 1589 escribió en su libro Magia Naturalis una descripción de lo que parece ser un telescopio; el holandés Zacarías Jansen en 1590 ya que se han encontrado escritos donde se afirma esto y el más probable de los tres, el holandés Hans Lipppershey ya que hay certeza historica de que construyó un telescopio en 1608.Este invento llegó a oidos del siguiente genio en mayo de 1609: Galileo Galilei (1564 -1642)
Construyó su propio telescopio de 3x mejorando mucho al veneciano, tras investigar llegó a hacer el de 6x con lente inversora (un gran hito de los telescopios terrestres) que permitia ver la imagen derecha. 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." Tuvo que ser una labor ardua porque no tenía en su poder la ley de refracción de Snell (desarrolada posteriormente), aunque seguramente la aplicaría sin saberlo. Acabó desarrollando un telescopio de 30x que dirigió al firmamento haciendo sus descubrimientos celestes publicados en la obra antes citada. Algunos escolásticos lo atacaron duramente llegando a afirmar que los fenómenos celestes vistos por Galileo "no son más que ilusiones ópticas, y para verlos es preciso fabricar un anteojo que los produzca”. Envió uno de sus primeros telescopios al célebre astrónomo Kepler y vendió otro a la alcaldía de Venecia ya que era una herramienta muy útil en las batallas navales.

Cuando a Johannes Kepler (1571-1630)le llegó el telescopio de galileo le entusiasmó y lo perfeccionó, creando su propio tipo de telescopio que no necesitaba lente inversora. Con este telescopio compiló los datos necesarios para su trabajo sobre astronomía (las famosas tres leyes de Kepler). En su intento de perfeccionarlo aun más estudió un año las formaciones de los imágenes. El resultado fue su libro Dioptrice (1611), un libro de referencia para los estudiosos de óptica de la época. También publicó Ad Vitellionem Paralipomena (1604), en el cual explica que la imagen se forma y procesa en la retina, de forma invertida, y luego es el cerebro el que la invierte (el primero en decirlo).

Willebrord Snellius (Snell) (1581-1626) Matemático y astrónomo holandés, estudió toda su vida la óptica geométrica. Catorce siglos después de Tolomeo, Snell estudió los ángulos de incidencia y refractados formulando la famosa ley de refracción, también llamada ley de Snell; un avance fundamental para el posterior desarrollo de la óptica.

La gran aportación española es de Benito Daza de Valdés (Córdoba, 1592-1634)
(aquí podéis leer la magnífica tesis de Ana M. Rueda Sanchez sobre el tema). Es el autor del primer libro sobre optometría en español (puede de los primeros de la historia) llamado "uso de los anteojos para todo genero de vistas en que se enseña a conocer los grados que a cada uno le faltan de su vista, y los que tienen cualesquier anteojos y así mismo a que tiempo se han de usar, y como se pedirán en ausencia, con otros avisos importantes, a la utilidad y conservación de la vista”. (llamado popularmente "El uso de anteojos") Empleado posteriormente por el oftalmólogo Manuel Márquez en el instituto Daza de Valdés (precursor de la primera escuela de óptica de españa) Utilizaba una técnica propia y muy sencilla de graduar calculando los "grados" (equivalen a 1,2 dioptrías positivas o 0,9 negativas) por medio de unas varas (baculinas) y unos sencillos dibujos para calcular los grados.
Además de hablar de cómo corregir presbicia (tenía una tabla que correspondía grados según la edad, que aún hoy se acerca mucho a la realidad), miopía e hipermetropía; habló de cómo operar cataratas e incluso de ponerse cristales "ahumados" para portegerse de los rayos nocivos del sol.

René Descartes (1596-1650) desarrolló los fundamentos de la óptica moderna.
Perfeccionó la forma de la ley de Snell (en la forma que hoy conocemos), y postuló leyes de óptica geométrica en su libro Dióptrica. En ese libro se habla de su intento de poner una corrección directamente en el ojo (una lente de contacto) ya que trabajó desde el año 1626 al 1629 en construir instrumentos ópticos. Intentó por primera vez fabricar un tubo cilíndrico de vidrio que se llenaba de agua. Un extremo del tubo se apretaba contra el ojo, mientras que en la otra punta se ponía un lente de vidrio para corregir el problema visual. Como no podía fabricar la curvatura deseada, optó por hacer un cono de vidrio (precursor de los conos de Steinheill del siglo XIX)

Pierre de Fermat (1601- 1665) dedujo y simplificó los postulados de descartes en su principio que se resume en que la luz toma el camino más corto para ir de un punto a otro (pero lo explicó en términos de tiempo, es decir, el camino en que la luz tarde menos tiempo en recorrerlo, aunque tenga que desviarse de la linea recta) Es como decir que la luz decide por sí misma su propio camino. Toda la óptica geométrica se puede deducir de este simple principio.

Marcelo Malpighi (1628-1694). Fisiólogo italiano. Consideró que podía diseñarse una combinación de lentes que aumentara el tamaño de los objetos pequeños y así í llegó a inventar el microscopio y la microscopía que se desarrollaron ampliamente a mediados del siglo XVII.
Antonie Van Leeunwenhoek (1632-1723) Gracias a su habilidad de tallar lentes pequeñas inventó el primer microscopio simple. Con el hizo importantísimos avances en la biología observando los primeros microorganismos.

Robert Hooke (1635-1703), sin relación alguna con Leeunwenhoek, inventó el microscopio compuesto, con un sistema mecánico muy avanzado, pero con grandes defectos de imagen que hizo que fuera más popular el simple de Leeunwenhoek.

Por la época empezó a teorizarse sobre la naturaleza de la luz como corpúsculo (cuyo primer defensor fue Newton) y la teoría ondulatoria (defendida entre otros por Huygens). Luego se demostró que los dos tenían razón.

Christiaan Huygens (1629-1695) fue un fisico holandés.
Desde pequeño estubo interesado en la astronomía, hecho que le llevó a fabricar sus propios telescopios, con los que descubrió un satélite de saturno y vio los famosos anillos. Un contemporáneo de Huygens, el astrónomo danés Olaf Römer, que estudiaba los periodos de rotación de Júpiter, descubrió que la luz necesitaba más tiempo en llegar de los satélites que estaban detrás de Júpiter que los que están delante, es decir, dedujo que la luz tiene una velocidad finita. Gracias a sus propias observaciones y esta idea de luz finita elaboró sus propias ideas acerca de la luz y elaboró la teoría ondulatoria. Semejante al sonido, decía, la luz es también una vibración que se propaga utilizando un soporte material que llamó éter con elasticidad infinita (en esto se equivocó). Las leyes de la óptica se explican fácilmente con esta teoría y para explicar la refracción supuso que la velocidad de la luz era menor en el vidrio o en el agua que en el aire, lo contrario de lo que pensaba Newton. La comprobación de este dato era imposible en aquella época. Añadido a que la fama de Newton hizo que muchos eruditos estuvieran con la teoría corpuscular, y que su libro "Traité de la lumierè" (tratado sobre la luz) en 1678 no tuviera muy buena acogida.

Y llegamos a Sir Isaac Newton (1642-1727), para muchos, el mejor físico de la historia.
En 1660, a los 18 años ya había fabricado un telescopio pequeño y poco potente, pero con una novedad: usó espejos en vez de lentes para evitar la aberración cromática que da lugar a imágenes con franjas de colores: el telescopio de reflexión. A Newton, más que el instrumento, lo que le interesaba era estudiar esas franjas de colores, entender su origen y aprender a eliminarlas para mejorar la calidad de las imágenes. Empezó así una serie de estudios con prismas y con luz blanca y obtuvo el espectro de dicha luz. Observó que el prisma no modifica la luz, sino que sólo la separa físicamente, y concluyó que cada uno de los colores se distingue por su "refractabilidad". Algunos de sus contemporáneos se decepcionaron con este descubrimiento, porque se había pensado que el blanco representaba la pureza, ¡no una mezcla de colores!
En el libro Opticks, escrito años más tarde, Newton informa de sus experimentos con prismas, así como otras observaciones que se refieren a la transversalidad de los rayos luminosos, a la difracción y a la interferencia. En particular describe los famosos anillos que llevan su nombre y consiguió una combinación acromática de lentes que terminó por perfeccionar todos los instrumentos ópticos de la época.

Pero si por algo hay que mencionar a Newton es por su teoría corpuscular de la luz. Descartó la teoría ondulatoria de Huygens porque no explicaba la propagación rectilínea de la luz. Para ello explicó que la luz era un chorro contínuo de partículas. Con ello explicó casi todos los fenómenos luminosos menos la refracción, ya que dependía de la hipótesis de que la luz se movía con mayor rapidez en el agua o en el vidrio que en el aire, lo cual posteriormente se demostró que era falso.

Tras varios años, los estudios de Einstein le dieron de nuevo valor a esta teoría, llamando a esas partículas "fotones". Pero eso se explicará en el próximo post de historia.

Hasta la próxima entrada.

3 comentarios:

El rincón de TxEtXu dijo...

Jeje, pedazo de post que te curras. Aunque largos me parecen muy interesantes. Ale, otro día seguimos dándonos ideas.

¡¡Ah, y feliz 2009!!

Purkinje dijo...

Gracias hombre, se hace lo que se puede jajaja. Feliz 2009 tb para ti. Yo tb vi un poco largo este post pero como quería que acabara en Newton... pero claro al resto también hay que nombrarles! jajaja

Bueno el próximo será menos largo, pero a mi es que el tema también me interesa mucho! haré un monográfico de alguno de ellos algún día.

Por cierto, buenas fotos!! A ver si haces algo en plan reportaje de Calasparra, molaría!!

Klara dijo...

Yo lo q aun me pregunto es de donde leches sacas el tiempo...