Naturaleza física de la luz

El término de luz en el sentido más estricto se refiere a la radiación electromagnética perceptible para el ojo humano. En un sentido físico más amplio, el término de luz se refiere a un rango más amplio de radiación electromagnética situada entre las microondas y los rayos X. Además de la luz visible, esta definición abarca la luz infrarroja y la radiación ultravioleta.

Desde el punto de vista físico, el fenómeno de la luz se puede describir mediante dos modelos de pensamiento esenciales: por una parte, en un extenso ámbito macroscópico, la luz obedece a las leyes de la teoría de ondas. Por este motivo, la luz monocromática se puede describir como radiación electromagnética continua con una determinada frecuencia e intensidad. Se pueden asignar frecuencias y longitudes de onda específicas a los diferentes tipos de luz (ultravioleta, luz visible, infrarroja, pero también los distintos colores). De la clasificación según estas longitudes de onda resulta el conocido espectro de la luz visible.

La frecuencia de los distintos colores se corresponde con el contenido energético relativo de la luz. En términos relativos, la luz roja tiene menos energía que la luz azul. Asimismo, la luz infrarroja tiene considerablemente menos energía que la luz ultravioleta.

Otro planteamiento está basado en las propiedades de física cuántica de la luz. si se abandona el ámbito macroscópico, se evidencia una naturaleza discontinua de la luz (y de otras radiaciones electromagnéticas).

La energía de radiación no se transmite de forma continua como en la teoría de ondas. En realidad, la energía parece caracterizarse por una cierta granularidad. Por lo tanto, la luz no se puede transmitir en pequeñas cantidades de dimensiones arbitrarias, sino que se transporta mediante la transmisión de unidades minúsculas. Planck fue el primero en descubrir este fenómeno y acuñó el término «cuanto de acción» (constante de Planck).

Por analogía a la teoría de ondas, cada fotón posee una energía específica que se corresponde con su color y longitud de onda. Los fotones son indivisibles. Por lo tanto, la luz monocromática se puede representar como un múltiplo de estos fotones.

Ambas teorías tienen su justificación y se diferencian, sobre todo, en los estándares en los que son válidas. Esto se denomina como «dualidad onda-partícula». Dado que esta guía trata únicamente del ámbito macroscópico, en adelante se aplicará sobre todo la teoría de ondas.

En un planteamiento aún más amplio, la luz se puede representar también en un modelo de radiación simplificado. En este caso, los rayos de luz se forman a lo largo de una línea de unión entre la fuente de luz y un punto de destino a considerar. Este modelo sencillo permite representar numerosos fenómenos ópticos relevantes, tales como

Mezclando diferentes componentes monocromáticos se crea una luz mixta. Al examinar la composición espectral de esta luz, los distintos componentes monocromáticos se pueden identificar y separar incluso después de la mezcla. Por lo tanto, las características de onda de los tipos de luz utilizados originalmente se mantienen intactas.

La mezcla de diferentes componentes monocromáticos para formar una luz policromática se puede ampliar indefinidamente. De forma muy simplificada se puede decir que: si un espectro contiene luz de todas las longitudes de onda visibles y sus intensidades están distribuidas adecuadamente, esta luz se nos presenta con un color blanco. La luz blanca ideal queda representada por el espectro del sol.

La calidad de una fuente de luz artificial siempre debe ser comparable a las características de la luz solar, ya que nuestra vista está adaptada a esta calidad de luz como resultado de una evolución de varios millones de años. La luz solar es, con mucha diferencia, la fuente de energía esencial para todas las formas de vida en la Tierra. Expresado de manera simplificada, esto significa que los productores (plantas, algas, etc.), con la ayuda de procesos de fotosíntesis, transforman energía y materias primas inorgánicas en biomasa.

El proceso que se puede observar con mayor frecuencia es la fotosíntesis basada en la clorofila. En este proceso de síntesis se produce azúcar a partir de dióxido de carbono y agua. Este azúcar (glucosa) alimenta todo los demás procesos suministrando energía para la respiración celular. Los consumidores (seres humanos, animales, hongos) ingieren los productores, de modo que participan de manera indirecta en la generación fotosintética de energía.

Además del suministro de energía, la luz solar, como uno de los fenómenos naturales dominantes, también mantiene otras relaciones profundas con sistemas biológicos. Así, el ritmo de día y noche de 24 horas representa el ciclo básico de la naturaleza. En consecuencia, numerosos procesos de los seres vivos, también del ser humano, se ven influidos por las características cambiantes de la luz solar a lo largo del día. También las estaciones en las zonas de la tierra alejadas del ecuador están ligadas directamente al fenómeno de la luz, a través de variaciones de la radiación solar.