Opticks o Tratado de las reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz es una colección de tres libros de Isaac Newton que se publicó en inglés en 1704 (una traducciónacadémica al latín apareció en 1706). [1] El tratado analiza la naturaleza fundamental de la luz por medio de la refracción de la luz con prismas y lentes, la difracción de la luz por láminas de vidrio estrechamente espaciadas y el comportamiento de las mezclas de colores con luces espectrales o polvos de pigmentos . Opticks fue la segunda obra importante de Newton sobre ciencia física y se considera una de las tres obras principales sobre óptica durante la Revolución científica (junto con Astronomiae Pars Optica de Johannes Kepler y Tratado de la luz de Christiaan Huygens ). El nombre de Newton no apareció en la página del título de la primera edición de Opticks .
La publicación de Opticks representó una importante contribución a la ciencia, diferente pero en algunos aspectos rival de los Principia , aunque el nombre de Isaac Newton no apareció en la portada de la primera edición. Opticks es en gran parte un registro de experimentos y deducciones hechas a partir de ellos, que abarca una amplia gama de temas en lo que más tarde se conocería como óptica física . [1] Es decir, esta obra no es una discusión geométrica de la catóptrica o la dióptrica , los temas tradicionales de la reflexión de la luz por espejos de diferentes formas y la exploración de cómo la luz se "dobla" al pasar de un medio , como el aire, a otro, como el agua o el vidrio. Más bien, Opticks es un estudio de la naturaleza de la luz y el color y los diversos fenómenos de difracción , que Newton llamó la "inflexión" de la luz.
Newton expone en detalle sus experimentos, comunicados por primera vez a la Royal Society de Londres en 1672, [2] sobre la dispersión , o la separación de la luz en un espectro de sus colores componentes. Demuestra cómo la aparición del color surge de la absorción selectiva , la reflexión o la transmisión de los diversos componentes de la luz incidente.
La mayor importancia de la obra de Newton es que derribó el dogma, atribuido a Aristóteles o Teofrasto y aceptado por los eruditos de la época de Newton, de que la luz "pura" (como la luz atribuida al Sol) es fundamentalmente blanca o incolora, y se altera en color al mezclarse con la oscuridad causada por las interacciones con la materia. Newton demostró que lo contrario era cierto: la luz se compone de diferentes tonos espectrales (describe siete: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta), y todos los colores, incluido el blanco, se forman mediante diversas mezclas de estos tonos. Demuestra que el color surge de una propiedad física de la luz (cada tono se refracta en un ángulo característico por un prisma o lente), pero afirma claramente que el color es una sensación dentro de la mente y no una propiedad inherente de los objetos materiales o de la luz en sí. Por ejemplo, demuestra que un color rojo violeta (magenta) se puede mezclar superponiendo los extremos rojo y violeta de dos espectros, aunque este color no aparece en el espectro y, por lo tanto, no es un "color de la luz". Al conectar los extremos rojo y violeta del espectro, organizó todos los colores como un círculo cromático que predice cuantitativamente las mezclas de colores y describe cualitativamente la similitud percibida entre los tonos.
La contribución de Newton a la dispersión prismática fue la primera en describir las matrices de prismas múltiples. Las configuraciones de prismas múltiples, como expansores de haz, se volvieron fundamentales para el diseño del láser sintonizable más de 275 años después y prepararon el terreno para el desarrollo de la teoría de dispersión de prismas múltiples . [3] [4]
Opticks difiere en muchos aspectos de los Principia . Se publicó primero en inglés, en lugar de en el latín que utilizaban los filósofos europeos, lo que contribuyó al desarrollo de una literatura científica vernácula. Los libros fueron un modelo de exposición científica popular: aunque el inglés de Newton es algo anticuado (muestra una predilección por las oraciones largas con muchas salvedades incorporadas), el libro aún puede ser fácilmente comprendido por un lector moderno. En cambio, pocos lectores de la época de Newton encontraron los Principia accesibles o incluso comprensibles. Su estilo formal pero flexible muestra coloquialismos y una elección de palabras metafóricas.
A diferencia de los Principia , la Opticks no se desarrolla utilizando la convención geométrica de proposiciones demostradas por deducción a partir de proposiciones previas, lemas o primeros principios (o axiomas ). En cambio, los axiomas definen el significado de términos técnicos o propiedades fundamentales de la materia y la luz, y las proposiciones establecidas se demuestran por medio de experimentos específicos, cuidadosamente descritos. La primera oración del Libro I declara: " Mi diseño en este libro no es explicar las propiedades de la luz por hipótesis, sino proponerlas y demostrarlas por la razón y los experimentos". En un Experimentum crucis o "experimento crítico" (Libro I, Parte II, Teorema ii), Newton demostró que el color de la luz correspondía a su "grado de refrangibilidad" (ángulo de refracción), y que este ángulo no puede cambiarse por reflexión o refracción adicional o al pasar la luz a través de un filtro coloreado.
La obra es un vademécum del arte del experimentador, que muestra en muchos ejemplos cómo utilizar la observación para proponer generalizaciones factuales sobre el mundo físico y luego excluir explicaciones competitivas mediante pruebas experimentales específicas. A diferencia de los Principia , que prometían hipótesis Non fingo o "no hago hipótesis" fuera del método deductivo, la Opticks desarrolla conjeturas sobre la luz que van más allá de la evidencia experimental: por ejemplo, que el comportamiento físico de la luz se debía a su naturaleza "corpuscular" como partículas pequeñas , o que los colores percibidos estaban proporcionados armónicamente como los tonos de una escala musical diatónica.
Newton originalmente consideró escribir cuatro libros, pero abandonó el último libro sobre la acción a distancia . [5] En su lugar, concluyó Opticks un conjunto de preguntas sin respuesta y afirmaciones positivas a las que se hace referencia como consultas en el Libro III. El primer conjunto de consultas era breve, pero las posteriores se convirtieron en ensayos cortos, que llenaban muchas páginas. En la primera edición, se trataba de dieciséis consultas de este tipo; [5] [6] ese número se aumentó a 23 en la edición latina , publicada en 1706, [5] y luego en la edición revisada en inglés, publicada en 1717/18. En la cuarta edición de 1730, había 31 consultas.
Estas preguntas, especialmente las posteriores, tratan de una amplia gama de fenómenos físicos que van más allá del tema de la óptica. Las preguntas se refieren a la naturaleza y transmisión del calor ; la posible causa de la gravedad; los fenómenos eléctricos ; la naturaleza de la acción química ; la forma en que Dios creó la materia; la forma adecuada de hacer ciencia; e incluso la conducta ética de los seres humanos. [6] Estas preguntas no son realmente preguntas en el sentido ordinario. Estas preguntas se plantean casi todas en sentido negativo, como preguntas retóricas . [6] Es decir, Newton no pregunta si la luz "es" o "puede ser" un "cuerpo". Más bien, declara: "¿No es la luz un cuerpo?" Stephen Hales , un firme newtoniano de principios del siglo XVIII, declaró que esta era la forma de Newton de explicar "por Quaere ". [6]
La primera pregunta dice: "¿Acaso los cuerpos no actúan sobre la luz a distancia y por su acción desvían sus rayos? ¿Y no es esta acción ( caeteris paribus ) más fuerte a la menor distancia?", sospechando del efecto de la gravedad sobre la trayectoria de los rayos de luz. [7] Esta pregunta es anterior a la predicción de la lente gravitacional por la relatividad general de Albert Einstein en dos siglos y más tarde confirmada por el experimento de Eddington en 1919. [7]
La última pregunta (número 31) se pregunta si una teoría corpuscular podría explicar cómo diferentes sustancias reaccionan más a ciertas sustancias que a otras, en particular cómo el agua fuerte (ácido nítrico) reacciona más con la calamina que con el hierro . Esta pregunta número 31 se ha relacionado a menudo con el origen del concepto de afinidad en las reacciones químicas. Varios historiadores y químicos del siglo XVIII, como William Cullen y Torbern Bergman , atribuyeron a Newton el desarrollo de las tablas de afinidad. [8] [a]
La Opticks fue ampliamente leída y debatida en Inglaterra y en el continente. La temprana presentación de la obra a la Royal Society estimuló una amarga disputa entre Newton y Robert Hooke sobre la teoría "corpuscular" o de partículas de la luz , lo que llevó a Newton a posponer la publicación de la obra hasta después de la muerte de Hooke en 1703. En el continente, y en Francia en particular, tanto los Principia como la Opticks fueron inicialmente rechazados por muchos filósofos naturales, que continuaron defendiendo la filosofía natural cartesiana y la versión aristotélica del color, y afirmaron que los experimentos de Newton con prismas eran difíciles de reproducir. De hecho, la teoría aristotélica de la naturaleza fundamental de la luz blanca fue defendida hasta el siglo XIX, por ejemplo por el escritor alemán Johann Wolfgang von Goethe en su Teoría de los colores de 1810 ( en alemán : Zur Farbenlehre ).
La ciencia newtoniana se convirtió en un tema central en el asalto llevado a cabo por los filósofos de la época de la Ilustración contra una filosofía natural basada en la autoridad de los naturalistas griegos o romanos antiguos o en el razonamiento deductivo a partir de los primeros principios (el método defendido por el filósofo francés René Descartes ), en lugar de en la aplicación del razonamiento matemático a la experiencia o el experimento. Voltaire popularizó la ciencia newtoniana, incluido el contenido tanto de los Principia como de la Opticks , en sus Elementos de la filosofía de Newton (1738), y después de aproximadamente 1750 la combinación de los métodos experimentales ejemplificados por la Opticks y los métodos matemáticos ejemplificados por los Principia se establecieron como un modelo unificado y completo de la ciencia newtoniana . Algunos de los principales adeptos de esta nueva filosofía fueron figuras tan prominentes como Benjamin Franklin , Antoine-Laurent Lavoisier y James Black .
Después de Newton, se han hecho muchas modificaciones. Thomas Young y Augustin-Jean Fresnel demostraron que la teoría ondulatoria que Christiaan Huygens describió en su Tratado sobre la luz (1690) podía demostrar que el color es la manifestación visible de la longitud de onda de la luz. La ciencia también llegó a reconocer lentamente la diferencia entre la percepción del color y la óptica matematizable. El poeta alemán Goethe, con su diatriba épica Teoría de los colores , no pudo hacer tambalear los cimientos newtonianos, pero "Goethe encontró un agujero en la armadura de Newton... Newton se había comprometido con la doctrina de que la refracción sin el color era imposible. Por lo tanto, pensaba que los cristales de los telescopios debían permanecer imperfectos para siempre, ya que el acromatismo y la refracción eran incompatibles. Dollond demostró que esta inferencia era errónea". ( John Tyndall , 1880 [9] )
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