¿Qué es la óptica?

La óptica es una rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con la luz y sus diferentes interacciones con la materia. De igual forma, esta disciplina se encarga de desarrollar instrumentos que empleen la luz o que sirvan para detectarla y analizarla. Más allá de la luz visible, la óptica también se encarga de otras frecuencias del espectro electromagnético, como la radiación infrarroja, la radiación ultravioleta, las microondas, las ondas de radio y los rayos X. Dada su importancia y su gran campo de acción, la óptica tiene incidencia en diferentes disciplinas, tales como la medicina, la fotografía, la astronomía y la ingeniería, entre otras.

¿Cuál es la historia de la óptica?

Los primeros avances de la óptica pueden verse en las culturas de Mesopotamia y el Antiguo Egipto, donde las personas utilizaban lentes para ampliar y mejorar las imágenes que percibían con sus ojos. La lente utilizada para este fin más antigua que se ha descubierto es la lente de Nimrud, que data de hace 3.000 años y que fue encontrada en las ruinas del Imperio asirio. Otras culturas posteriores también crearon lentes al pulir el cuarzo y al rellenar cristales con agua, como fue el caso en la Antigua Grecia y la Antigua Roma. Estos inventos no pasaron desapercibidos para los filósofos de la época, que no tardaron en desarrollar las primeras teorías sobre la óptica. De hecho, la palabra “óptica” tiene su origen en el vocablo griego optikē, que puede traducirse como “apariencia” o “aspecto”.

En un comienzo, filósofos como Demócrito, Epicuro y Aristóteles, defendieron la idea de que las cosas enviaban copias de sí al ojo humano; mientras que Platón defendió la idea de que la visión era producto de rayos que lanzaba el ojo hacia las cosas. Un siglo después, Euclides redactó su famosa Óptica, en la cual relacionó la visión con la geometría, sentó las bases de la perspectiva y calculó los efectos dela refracción matemáticamente, desarrollando así la óptica geométrica. Estos estudios fueron ampliados por Claudio Ptolomeo y por distintos científicos islámicos, como Al-Kindi y Ibn Sahl, quien escribió un tratado sobre los lentes y los espejos. En el siglo XI, Alhacén escribió su tratado Libro de Óptica, planteando que la visión estaba determinada por rayos emitidos por todas las cosas en direcciones rectas y no por los ojos. Por esta razón, es considerado como el padre de la óptica.

En la Europa medieval, el franciscano inglés Roger Bacon descubrió que los objetos no emitían rayos por sí mismos, sino que los reflejaban. Mientras tanto en Italia, se crearon los primeros anteojos prácticos en 1286. En los años siguientes, se desarrolló el comercio de este invento en Venecia y Florencia, y luego en los Países Bajos y Alemania. Para el siglo XVII, Galileo Galilei utilizó el telescopio y varios lentes para observar el espacio, y más tarde Johannes Kepler desarrolló diferentes estudios sobre varios fenómenos ópticos. En el mismo siglo, René Descartes, Isaac Newton y Christiaan Huygens también aportaron a la óptica y a las propiedades de la luz. No obstante, la vigencia de algunos de sus postulados llegaría hasta comienzos del siglo XIX, cuando Young y Fresnel demostraron la naturaleza ondulatoria de la luz con un experimento sobre la interferencia.

Gracias a Einstein, se descubrió que la luz tenía un papel fundamental en el universo porque su velocidad era constante, con lo que quedó descartado que fuera un éter, como muchos creían. Más tarde, Max Planck describió los cuantos, dando origen a la física cuántica, y Einstein describió el efecto fotoeléctrico, con lo cual se confirmó la cuantificación de la luz. Entrado el siglo XX, la óptica cobró gran importancia en la vida práctica luego del invento del máser, del láser y de la tecnología LED.

¿Qué estudia la óptica clásica?

Es la óptica que estudia los fenómenos de la luz sin tener en cuenta los postulados cuánticos. Su estudio se divide en dos grandes ramas: la óptica geométrica y la óptica física.

Óptica geométrica: aquella que estudia la luz como un vector con una trayectoria en línea recta. Los fenómenos ópticos son estudiados entonces a partir del cálculo matemático y del estudio de fenómenos como la reflexión y la refracción.

Óptica física: aquella que estudia la luz como onda, por lo que se ocupa del estudio de fenómenos como la difracción, la resolución, la dispersión, la polarización, la superposición y la interferencia.

¿Qué estudia la óptica moderna?

La óptica moderna surgió en el siglo XX a raíz del avance tecnológico de la época y de los estudios de la física cuántica, que permitieron comprender nuevas propiedades y posibilidades de la luz. De esta forma, surgieron varias ramas de la óptica enfocadas en fenómenos particulares. Así se desarrolló la óptica cuántica, la óptica no lineal, la óptica sin imagen, la radiometría, la óptica integrada y la óptica estadística, entre otras.

¿Cuáles son las aplicaciones de la óptica?

Algunas de las principales aplicaciones de la óptica son:

  • Estudio del ojo humano y la formación de imágenes.
  • Desarrollo de tecnología óptica, como los telescopios, los microscopios, las cámaras fotográficas, los espejos, los lentes, la fibra óptica y los láseres, entre otros.
  • Desarrollo de la técnica fotográfica.