Fenómenos Ópticos: La luz no brilla, brillan las imágenes.

La óptica es la parte de la física que trata sobre los fenómenos relacionados con la luz. Una parte de ella "la óptica geométrica", trata sobre los fenómenos cotidianos de la luz. Por ejemplo como atraviesa distintos medios transparentes, como se refleja y como las lentes forman imágenes. La Óptica Geométrica es una aproximación de la "Óptica Ondulatoria". Esta última es la que trata la luz como una oscilación de campo eléctrico y magnético que oscilan en planos perpendiculares y ambos transversales a la dirección de propagación:

La Óptica Geométrica aproxima estas ondas a rayos que se desplazan en línea recta. Esta aproximación es plausible si suponemos que:

- la longitud de onda de la luz visible es mayor que la distancia media entre átomos. Esta aproximación permite utilizar parámetros promedio que simplifican el análisis ondulatorio, se define el índice de refracción un indicador macroscópico, donde reside la información promediada de las particularidades microscópicas del material que atraviesa la luz.

- las distancias típicas en los que los campos varían son mucho mayores comparados con la longitud de onda de la luz visible. Esto físicamente pretende decir que los campos no varían su amplitud ni fase en pocos picos de onda. Hay que recorrer "bastantes" picos de onda para notar cambios en los campos.

Además, la luz emitida por una fuente puntual crea frentes de onda esféricos, pero si nos separamos lo suficiente, estos frentes de onda se aproximan a un plano. Por tanto la se trabaja con frente de ondas planos lo que simplifica su estudio.

Si comparamos la longitud de onda media de la luz visible, la distancia interatómica promedio y la distancia típica en la que los campos de la luz varían, podemos observar que son consideraciones asumibles para experiencias cotidianas que involucren experimentos donde se propaga la luz una distancia "normalmente grande", es decir, no demasiado pequeña con respecto nuestro tamaño.

- distancia típica de variación de los campos de la luz: 0.5 mm
- longitud de onda promedio del espectro visible : 0.5 micrómetro (µm): 10-6 metros
- distancia promedio interatómica: 0.5 nanómetro (nm): 10-9 metros

Finalmente la Óptica geométrica aproxima que la luz se propaga como rayos en línea recta en un medio homogéneo. Esto es un resultado exacto válido tras aproximar las ecuaciones de Maxwell de las ondas electromagnéticas con las consideraciones anteriores.

Veamos que predice la Óptica Geométrica sobre el comportamiento de la luz al atravesar una lente convergente:

Echemos un vistazo ahora a las fotos que hice de un experimento que se puede considerar como cotidiano:

La Óptica geométrica es una buena manera de describir los fenómenos de propagación de luz en situaciones cotidianas, primero porque es un instrumento potente que predice buenos resultados y segundo, porque describe de manera simple la formación de imágenes. Sin embargo, las trayectorias de luz no brillan. Cuando vemos la luz entrar por la ventana como un haz, tan solo es el reflejo disperso de las partículas de polvo suspendidas en el aire. Desconocemos por tanto la naturaleza sobre la que se sustenta la luz, naturaleza de la que Óptica Geométrica no pretende decir nada. Sólo podemos observar sus efectos sobre los objetos que dan lugar a imágenes brillantes tras reflejarse la luz en ellos y llegar a nuestros ojos. No creo que sea necesario pedirle más a este punto de partida de la óptica moderna.