Dos hombres, dos realidades

Nuestro recorrido sobre la luz y las matemáticas llega ahora a un momento clave, la disputa entre Newton y Huygens con la intervención de un tercero en discordia, Gregory.

El debate sobre la naturaleza de la luz dio lugar a una fuerte polémica entre Isaac Newton (1643-1727) y Christian Huygens (1629-1695) durante el siglo XVII.

Sir Isaac Newton

Por una parte Newton escribió un tratado completo de Óptica (Opticks, 1704) en el que defendía que la luz estaba compuesta por corpúsculos luminosos, que se propagan en línea recta y atraviesan medios transparentes. Este modelo le venía bien para explicar algunos fenómenos de la luz, en particular los referidos a los colores.

Portada de Opticks

Recordemos que Sir Isaac Newton, británico, fue uno de los científicos mas brillantes de la historia, fundador de la mecánica moderna y autor de la teoría de la gravitación universal, entre otros muchos descubrimientos.

Christiaan Huygens

Por otra parte, en el continente, Christiaan Huygens, matemático y físico holandés, defendió con uñas y dientes su teoría contrapuesta a la de Newton. Una disputa que recuerda a la similar a la de Newton con  Gottfried Leibniz y que tuvo al final el mismo ganador.

Huygens era hijo de una rica y notable familia holandesa (su padre era diplomático y consejero de la Casa de Orange). Ya de joven un matemático brillante, y en este campo hizo contribuciones importantes a la teoría de curvas así como en las probabilidades y la teoría de juegos.

Era también un fino diseñador y fabricante de relojes y telescopios, y entre otros importantes resultados relacionados con la primera ocupación, encontró la fórmula para determinar el periodo de un péndulo. En relación con su segundo hobby, consiguió muy buena sobservaciones astronómicas, y propuso la existencia de un anillo sólido en torno a Saturno además de descubrir el primer satélite de este planeta, Titán.

La luz blanca no es blanca

La idea sobre los colores hasta ese momento era que estos resultaban de modificar la luz blanca, mezclando lo oscuro con la misma más o menos. Lo que Newton probó es que ocurre al revés: la luz blanca se descompone en los colores del arco iris, y no hace falta más que atravesar un prisma para ver este fenómeno. Este fenómeno le llevó a plantear la construcción de un telescopio (conocido como newtoniano) qie evitara los problemas de aberración cromática.

Esto es lo que hizo Newton en 1666, enunciando la hipótesis de que los corpúsculos de luz eran diferentes según el color. Recordemos que el argumento principal de Newton para preferir la hipótesis de Gassendi a la de Descartes era que la luz producía sombras bien definidas. El agua, el sonido, persisten incluso si hay un obstáculo, pero eso no parecía pasar con la luz, es decir, no se observaba el fenómeno de la difracción.

Pero Newton no estaba en lo cierto, y el escocés James Gregory realizó un experimento, en el que dispersó la luz blanca en sus colores individuales (como un año después hizo Newton con un prisma) y consiguió difractar la luz utilizando una pluma de ave. A fin de evitar disputas con Newton, del que era un destacado admirador, no fue mas allá con estos experimentos. Gregory publicó una notable obra, Optica Promota, en 1663, donde incluye un diseño para un telescopio reflectante, llamado el telescopio gregoriano.

James Gregory

Digamos que James Gregory tuvo a su vez una dura disputa con Huygens por la prioridad en un resultado matemático sobre la cuadratura de la hipérbola. Esta disputa perjudicó sobre todo a Gregory, cuyo trabajo permaneció casi desconocido por mucho tiempo.

Con el principio de Huygens se pueden explicar comportamientos que la teoría corpuscular de Newton no conseguía hacer. Por ejemplo, la doble refracción aire-vidrio-aire, en la que la luz se desvía acercándose a la dirección normal al pasar del aire al vidrio y recupera la dirección inicial al volver al aire. Otros ejemplos de comportamientos que se pueden interpretar de forma satisfactoria usando el principio de Huygens son la difracción y las interferencias luminosas.

Sin embargo, el éxito de la Mecánica de Newton y su enorme prestigio, llevaron a que la teoría ondulatoria no fuera tenida en la misma consideración. Incluso, Newton modificó ligeramente su hipótesis para explicar la difracción. Estos minúsculos corpúsculos de diferentes colores que forman la luz se mueven a través del éter, y al hacerlo, producen ondulaciones a su alrededor, que explicarían los fenómenos de difracción. Recordemos finalmente que las disputas de Newton no fueron solo con Huygens, ya se las tuvo con su contemporáneo Robert Hook, sobre la gravitación y también con la teoría de la luz, temas que Hooke había tratado en su obra de 1665, Micrographía.

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Manuel de León (CSIC, Real Academia de Ciencias, Real Academia Canaria de Ciencias, ICSU).

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