En óptica , la teoría corpuscular de la luz afirma que la luz está formada por pequeñas partículas discretas llamadas " corpúsculos " (pequeñas partículas) que viajan en línea recta con una velocidad finita y poseen impulso . Esta noción se basó en una descripción alternativa del atomismo de la época.
Isaac Newton sentó las bases de esta teoría a través de su trabajo en óptica. Esta concepción temprana de la teoría de partículas de la luz fue un precursor temprano de la comprensión moderna del fotón . Esta teoría llegó a dominar las concepciones de la luz en el siglo XVIII, desplazando las teorías de vibración previamente prominentes, donde la luz era vista como "presión" del medio entre la fuente y el receptor, defendida primero por René Descartes , y luego en una forma más refinada por Christiaan Huygens . [1] Caería en desgracia a principios del siglo XIX, a medida que la teoría ondulatoria de la luz acumulaba nueva evidencia experimental.
A principios del siglo XVII, los filósofos naturales comenzaron a desarrollar nuevas formas de entender la naturaleza, reemplazando gradualmente al aristotelismo , que había sido durante siglos la teoría científica dominante, durante el proceso conocido como la Revolución científica . Varios filósofos europeos adoptaron lo que llegó a conocerse como filosofía mecanicista en algún momento entre 1610 y 1650, que describía el universo y su contenido como una especie de mecanismo a gran escala, una filosofía que explicaba que el universo está hecho de materia y movimiento . [2] Esta filosofía mecanicista se basó en el epicureísmo y en el trabajo de Leucipo y su alumno Demócrito y su atomismo , en el que todo en el universo, incluido el cuerpo, la mente, el alma e incluso los pensamientos de una persona, estaba hecho de átomos ; partículas muy pequeñas de materia en movimiento. Durante la primera parte del siglo XVII, la parte atomista de la filosofía mecanicista fue desarrollada en gran medida por Gassendi, René Descartes y otros atomistas.
El núcleo de la filosofía de Pierre Gassendi es su teoría atomista de la materia . En su obra Syntagma Philosophicum (Tratado filosófico), publicada póstumamente en 1658, Gassendi intentó explicar aspectos de la materia y los fenómenos naturales del mundo en términos de átomos y el vacío . Tomó el atomismo epicúreo y lo modificó para que fuera compatible con la teología cristiana, al sugerir que Dios creó un número finito de átomos indivisibles y en movimiento, y tiene una relación divina continua con la creación (de la materia). [2]
Gassendi pensaba que los átomos se mueven en un espacio vacío, conocido clásicamente como el vacío , lo que contradice la visión aristotélica de que el universo está completamente hecho de materia. Gassendi también sugiere que la información recopilada por los sentidos humanos tiene una forma material, especialmente en el caso de la visión . [3]
Las teorías corpusculares, o corpuscularismo , son similares a las teorías del atomismo, excepto que en el atomismo se suponía que los átomos eran indivisibles, mientras que los corpúsculos podían, en principio, dividirse. Los corpúsculos son partículas individuales, infinitesimalmente pequeñas, que tienen forma, tamaño, color y otras propiedades físicas que alteran sus funciones y efectos en los fenómenos de las ciencias mecánicas y biológicas. Esto condujo más tarde a la idea moderna de que los compuestos tienen propiedades secundarias diferentes de los elementos de esos compuestos. Gassendi afirma que los corpúsculos son partículas que transportan otras sustancias y son de diferentes tipos. Estos corpúsculos también son emisiones de varias fuentes, como entidades solares, animales o plantas. Robert Boyle fue un firme defensor del corpuscularismo y utilizó la teoría para ejemplificar las diferencias entre un vacío y un pleno , con lo que pretendía respaldar aún más su filosofía mecánica y la teoría atomista general. [3] Aproximadamente medio siglo después de Gassendi, Isaac Newton utilizó las teorías corpusculares existentes para desarrollar su teoría de partículas de la física de la luz. [4]
Isaac Newton trabajó en óptica a lo largo de su carrera investigadora, realizando varios experimentos y desarrollando hipótesis para explicar sus resultados. [5] Descartó la teoría de la luz de Descartes porque rechazaba la comprensión que éste tenía del espacio, que se derivaba de ella. [6] Con la publicación de Opticks en 1704, [7] Newton adoptó por primera vez una posición clara en apoyo de una interpretación corpuscular, aunque recaería sobre sus seguidores la tarea de sistematizar la teoría. [8]
En la edición de 1718 de Opticks , Newton añadió varias hipótesis inciertas sobre la naturaleza de la luz, formuladas como preguntas. En la pregunta (Qu.) 16, se preguntó si la forma en que un movimiento tembloroso de un dedo presionando contra la parte inferior del ojo causa la sensación de círculos de color es similar a cómo la luz afecta a la retina, y si la continuación independiente de la sensación inducida durante aproximadamente un segundo indica una naturaleza vibratoria de los movimientos en el ojo. En Qu. 17, Newton comparó las vibraciones con las ondas que se propagan en círculos concéntricos después de que se arroja una piedra al agua, y con "las vibraciones o temblores extraídos en el aire por la percusión". Por lo tanto, propuso que los rayos de luz excitarían de manera similar ondas de vibraciones en un medio reflectante o refractante, que a su vez podrían alcanzar los rayos de luz y alternativamente acelerarlos y retardarlos. Newton luego sugirió en Qu. 18 y Qu. 19 que la luz se propaga a través del vacío mediante un " medio etéreo " muy sutil, tal como se pensaba que se propagaba el calor.
Aunque las hipótesis anteriores describen aspectos ondulatorios de la luz, Newton seguía creyendo en propiedades similares a las de las partículas. En la pregunta 28, preguntó: "¿No son erróneas todas las hipótesis en las que se supone que la luz consiste en presión o movimiento propagado a través de un medio fluido?". No creía que los argumentos explicaran las nuevas modificaciones propuestas de los rayos, y destacó que la presión y el movimiento no se propagarían a través del fluido en línea recta más allá de los obstáculos como lo hacen los rayos de luz. En la pregunta 29, se preguntó: "¿No son los rayos de luz cuerpos muy pequeños emitidos por sustancias brillantes? Porque tales cuerpos pasarán a través de medios uniformes en líneas rectas sin doblarse en la sombra, que es la naturaleza de los rayos de luz. También serán capaces de varias propiedades, y podrán conservar sus propiedades sin cambios al pasar a través de medios febriles, que es otra condición de los rayos de luz". Conectó estas propiedades con varios efectos de la interacción de los rayos de luz con la materia y el vacío. [9] [10]
La teoría corpuscular de Newton fue una elaboración de su visión de la realidad como interacciones de puntos materiales a través de fuerzas. Observe la descripción que hizo Albert Einstein de la concepción de la realidad física de Newton:
La realidad física de Newton se caracteriza por los conceptos de espacio , tiempo , punto material y fuerza (interacción entre puntos materiales ). Los acontecimientos físicos deben considerarse como movimientos según la ley de los puntos materiales en el espacio. El punto material es el único representante de la realidad en la medida en que está sujeto a cambios. El concepto de punto material se debe obviamente a los cuerpos observables ; se concibe el punto material por analogía con los cuerpos móviles omitiendo características de extensión , forma , localidad espacial y todas sus cualidades "internas", conservando únicamente la inercia , la traslación y el concepto adicional de fuerza . [11] [12]
El hecho de que la luz pudiera ser polarizada fue explicado por primera vez de forma cualitativa por Newton utilizando la teoría de partículas. Étienne-Louis Malus creó en 1810 una teoría matemática de la polarización basada en partículas. Jean-Baptiste Biot demostró en 1812 que esta teoría explicaba todos los fenómenos conocidos de polarización de la luz. En aquel momento, la polarización se consideraba una prueba de la teoría de partículas. Hoy en día, la polarización se considera una propiedad de las ondas y solo puede manifestarse en ondas transversales . Las ondas longitudinales pueden no estar polarizadas.
El predominio de la filosofía natural newtoniana en el siglo XVIII fue uno de los factores decisivos que aseguraron la prevalencia de la teoría corpuscular de la luz. [13] Los newtonianos sostenían que los corpúsculos de luz eran proyectiles que viajaban desde la fuente hasta el receptor con una velocidad finita. En esta descripción, la propagación de la luz es el transporte de materia.
Sin embargo, a principios de siglo, a partir del experimento de doble rendija de Thomas Young en 1801, más evidencia en forma de nuevos experimentos sobre difracción , interferencia y polarización mostraron problemas con la teoría. Una teoría ondulatoria basada en el trabajo de Young, Augustin-Jean Fresnel y François Arago se materializaría en una nueva teoría ondulatoria de la luz. [14]
Las nociones de la luz como partícula resurgieron en el siglo XX con el efecto fotoeléctrico . En 1905, Albert Einstein explicó este efecto introduciendo el concepto de cuantos de luz o fotones . Se considera que las partículas cuánticas tienen dualidad onda-partícula . En la teoría cuántica de campos , los fotones se explican como excitaciones del campo electromagnético utilizando la segunda cuantificación .