Newton y la dualidad onda-corpúsculo para la luz

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«Newton poseía un instinto superlativo de la forma de operar de la Naturaleza. [Su] preferencia por una teoría corpuscular de la luz en lugar de una ondulatoria es intrigante [por] su grado de intuición. La evidencia experimental en [sus] tiempos no era concluyente, [pero] debería haberse inclinado más hacia una teoría ondulatoria de la luz. Sin embargo, Newton se mantuvo firme en la visión corpuscular, lo que le llevó a una visión de cuantos de luz con propiedades corpusculares y ondulatorias. ¿Es posible que esta aparente anticipación de la teoría cuántica moderna no sea otra cosa que un simple golpe de suerte?»

Nos lo cuenta Roger Penrose en «Newton, teoría cuántica y realidad», capítulo 9 de Stephen W. Hawking y Roger Penrose, «Cuestiones cuánticas y cosmológicas», Alianza Universidad, 756 AU (1993) [303 pp.]. Se trata de una traducción al español de Roger Penrose, «Newton, quantum theory and reality», pp. 17–49, en S. W. Hawking, W. Israel, «Three Hundred Years of Gravitation,» Cambridge University Press (1987).

Por supuesto, Penrose recurre a la historiografía whig (enjuiciar el pasado con los criterios del presente). Ya que estamos recomiendo también “De Tales a Newton” de Juan Meléndez Sánchez (2013), Reseña en LCMF, 20 Abr 2014.

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«En el prefacio de la edición de la Óptica de Newton de Dover (1952), I. Bernard Cohen con razón nos previene sobre darle mucha importancia a la aparente anticipación de Newton a nuestros conceptos mecano-cuánticos actuales. [No] deja de ser impactante el hecho de que este maestro entre los científicos se viera forzado a adoptar una visión de la naturaleza de la luz que no sólo parecía casi absurda, con su curiosa mezcla de propiedades corpusculares y ondulatorias, ¡sino absurda en el sentido de que se acerca a los sinsentidos de la moderna teoría cuántica!»

¿Por qué rechazó Newton la teoría ondulatoria? «La principal [razón] parece haber sido la propagación rectilínea de la luz y el hecho de que la luz no se curva en la sombra de un cuerpo. [Hoy sabemos que es] debido al fenómeno de interferencia destructiva descubierto por Thomas Young un siglo después. [Otra razón] fue que la luz tiene caras, el término de Newton para la polarización lineal. [El] fenómeno de doble refracción en la calcita, o espato de Islandia, [le] había llevado a pensar que un haz de luz está formado por componentes que no son simétricas bajo rotación. [Esto] es incompatible con el tipo de onda longitudinal de compresión que Huygens había sugerido para la luz. [Hoy sabemos que es] una oscilación transversal [que] si se ajustaría».

«Estos dos argumentos [se] pueden contabilizar como erróneos. [Deberíamos] considerar que fue un golpe de suerte lo que le llevó a una teoría de la luz corpúsculo-ondulatoria. [Newton] aprobaba un punto de vista atomista de la naturaleza. [Si] la luz es una onda en movimiento, entonces debe [ser] una onda en algún medio. [Si] tienen que invocarse nuevas partículas para componer [el] medio hipotético, ¿no sería más económico usar tales nuevas partículas como los propios constituyentes de la luz?»

Penrose nos propone que la motivación de Newton era la relatividad galileana. «¿Qué evidencias hay de que Newton compartiese en algún momento la convicción de Einstein de que la física debe ser invariante bajo transformaciones inerciales? [La] maravillosa biografía de Newton de Richard Westfall (1980), en la página 147, describe cómo, en enero de 1665, registrado en sus notas privadas [(su Waste Book)], el joven Newton dedujo las leyes de la colisión de dos cuerpos perfectamente elásticos. [Y anotó] que cada colisión puede verse desde el sistema de referencia del centro de gravedad común de los dos cuerpos. [Supuso] la relatividad galileana para llegar a la ley de las colisiones en el caso más general. Esto sucedió veinte años antes de la publicación de sus Principia». En enero de 1666 Newton ya tenía la teoría de los colores.  «La gran intuición de Newton le llevó a creer de forma intensa en algún tipo de principio de relatividad que englobara la dinámica de la materia y el comportamiento de la luz. Esta intuición le habría llevado seguramente a una visión corpuscular de la luz más que a una ondulatoria».

Conjetura Penrose que «Newton arrastraba de su juventud una intuición profunda de la naturaleza relativista de la física [que fue] responsable de una creencia intuitiva en una visión corpuscular de la luz. [Y] teniendo que convivir con el fenómeno de interferencia óptica, fue conducido casi inevitablemente a una visión de la luz en la que las características corpusculares y ondulatorias tenían que coexistir de alguna forma. [Su] misteriosa profecía sobre la dualidad cuántica onda-corpúsculo alrededor de doscientos años antes de su tiempo».

«El interés de Newton por el color de los objetos y su trabajo alquímico sobre la transmutación de las sustancias le debió convencer sobre la profunda interrelación entre luz y materia. Con certeza especuló sobre la posibilidad de que la materia y la luz fuesen convertibles la una en la otra. [Esto] recuerda los tempranos esfuerzos de Einstein sobre la emisión y absorción de la luz». Finaliza Penrose especulando que «no [le] parece raro el que algunas de las preocupaciones que habían acosado a Einstein a principios del siglo XX hubieran sido vagamente discernibles para Newton alrededor de doscientos años antes».

En resumen, caer en la historiografía whig, como cae Penrose, no es difícil. Aún así, espero que hayas disfrutado de estos extractos de su artículo y que te animen a leer más a Penrose.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 26 julio, 2016
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Historia • Libros • Physics • Recomendación • Science
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