Joseph Norman
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Espejo, espejo en la pared, ¿cómo se mezclan la luz y la materia después de todo??
Los científicos saben desde hace un tiempo que la luz tiene impulso y ejerce fuerza sobre todo lo que golpea. Pero debido a que este impulso es tan pequeño, los experimentos no han podido observar exactamente cómo afecta la materia..
En busca de respuestas, un grupo internacional de investigadores recurrió a los espejos en un nuevo estudio. "El espejo siempre dice la verdad", escribió Tomaž Požar, autor principal del estudio y profesor asistente en el departamento de ingeniería mecánica de la Universidad de Ljubljana en Eslovenia, en la divertida analogía que hace referencia a "Blancanieves y los siete enanitos" que él creado y enviado a. [¿Que es eso? Respuestas a sus preguntas de física]
Aunque Požar y su equipo no mantuvieron una conversación con el espejo, escucharon atentamente cómo reaccionaba cuando era golpeado por un rayo de luz. Conectaron sensores acústicos, que funcionan de manera similar a un ultrasonido médico, a un espejo equipado con un escudo térmico. (El calentamiento puede crear ondas elásticas que obstaculizarían la señal que estaban tratando de estudiar: las ondas elásticas creadas por el impulso).
Luego, los investigadores dispararon rayos láser al espejo y usaron los sensores acústicos para escuchar las ondas creadas cuando la luz golpeaba la superficie. "Es como un martillo hecho por la luz", dijo Požar. .
Estas pequeñas ondas causaron "sonidos" o pequeños movimientos entre los átomos del espejo. El desplazamiento más pequeño que encontraron fue de unos 40 femtómetros, que es aproximadamente cuatro veces el tamaño del núcleo de un átomo, dijo Požar..
Antes de este experimento, los científicos solo podían medir cómo la luz transferiría el impulso a un objeto en su conjunto, dijo Požar. Pero este nuevo método les permitió ver cómo esta fuerza se distribuye por todo el material. Y aunque investigaciones anteriores predijeron que la luz mueve la materia depositando impulso en diferentes ondas elásticas, ahora hay evidencia experimental de que lo hace, dijo Požar..
Actualmente, los científicos tienen un puñado de ideas sobre cómo se transfiere el impulso de la luz a un material, dijo Požar..
El físico escocés James Clerk Maxwell fue el primero en proponer, en 1873, que la luz lleva impulso en sus campos electromagnéticos. Sus ecuaciones, junto con algunas otras, forman la base del electromagnetismo. "Todo el mundo está de acuerdo con las ecuaciones de electromagnetismo de Maxwell" y las leyes que dicen que el impulso y la energía se conservan, dijo Požar. Pero diferentes científicos tienen sus propios puntos de vista sobre cómo se distribuye la fuerza de la luz en toda la materia..
Un ejemplo famoso es la llamada controversia Abraham-Minkowski, una discusión entre el físico alemán Max Abraham y el matemático alemán Hermann Minkowski.. Abraham sugirió que el impulso de un fotón debería estar inversamente relacionado con el "índice de refracción", un número que describe cómo viaja la luz a través de un material, mientras que Minkowski sugirió que debería estar directamente relacionado.
Aunque el nuevo estudio aún no ha determinado cuál hipótesis, si la hay, era correcta, los investigadores esperan ajustar y utilizar este procedimiento experimental en líquidos y otros materiales para eventualmente resolverlo..
Požar continúa con su analogía: ¿Blancanieves o la reina malvada? "¿Es el formulismo propuesto por Abraham? ¿Quizás el sugerido por Minkowski? ¿O es el de Einstein ... O de un científico aún anónimo cuyo nombre aparecerá [algún] día en todos los libros de texto?"
Ya en 1619, el astrónomo y matemático alemán Johannes Kepler sugirió que la cola de un cometa siempre parecía apuntar en dirección opuesta al sol porque la luz del sol ejercía presión sobre él..
Entender la física detrás del impulso de la luz probablemente habría emocionado a Kepler, pero también tendría algunas aplicaciones prácticas. Por ejemplo, las pinzas ópticas podrían optimizarse para ejercer la menor fuerza sobre los pequeños objetos orgánicos que manejan. O podrían crearse grandes velas solares para navegar a través de la galaxia con la energía del sol..
Los investigadores publicaron sus hallazgos el 21 de agosto en la revista Nature Communications..
Publicado originalmente el .