Construir el mundo. Enrique Gracián
asociar una onda a una partícula es un tema delicado y lo trataré luego con un poco más de detalle. De momento quedémonos con la idea de que los fotones se desplazan por medio de una onda que recibe el nombre, cómo no, de onda electromagnética. Y como toda onda tiene asociada una frecuencia. El caso es que la frecuencia de la onda y la energía de los fotones son dos magnitudes que están directamente relacionadas: cuanto mayor es la energía del fotón, mayor es la frecuencia de la onda electromagnética.
Las ondas electromagnéticas generan cierto temor en algunas personas que creen que pueden ser perniciosas para la salud. Es cierto que algunas lo son y procuramos protegernos de ellas en la medida de lo posible. Pero son solo una pequeña parte de lo que se llama el espectro electromagnético. La prueba de ello es que vivimos inmersos en un mar de ondas electromagnéticas y seguimos vivos.
1 En el caso del agua, las moléculas oscilan en dirección perpendicular a la dirección de propagación de la onda, es lo que se llama un movimiento ondulatorio transversal. Mientras que en el caso del sonido las moléculas de aire oscilan en la misma dirección de propagación de la onda, motivo por el cual reciben el nombre de ondas longitudinales.
UN MONO TOCANDO EL TAMBOR
La siguiente acción sucede en un país imaginario que está gobernado por un rey bajito, con una larga barba blanca y una corona que le viene algo grande y que está mortalmente aburrido. Le han hablado de un mono que tiene un tambor mágico con el que es capaz de hacer cosas increíbles. El rey decide invitarlo a la corte para que monte su espectáculo. El caso es que el mono, cuando toca el tambor, genera una onda electromagnética (es un cuento un tanto surrealista).
Empieza el espectáculo.
El mono mueve sus baquetas a gran velocidad, entre 3 y 30 golpes por segundo, emitiendo una onda que en física se considera de frecuencia ultra baja (una ELF, según su acrónimo en inglés), que es la que se utiliza en tecnología militar para comunicarse con los submarinos que están sumergidos bajo el agua.
Cuando sube el ritmo hasta los 300 golpes por segundo, sigue produciendo bajas frecuencias, pero con estas conseguiría comunicarse con gente que estuviera trabajando en explotaciones mineras de gran profundidad. Cuando alcanza los 30.000 golpes por segundo se encuentra ya emitiendo ondas de radio LF, de baja frecuencia, que son las que utilizan las radios de AM. Se puede decir que aquí abandonamos las tecnologías de índole estrictamente militar. Con estas ondas de radio se comunican los aviones y los barcos.
A partir de los 300.000 golpes por segundo (la velocidad que puede llegar a adquirir el mono es increíble) se producen las ondas medias, con las que la gente empezó a escuchar la radio a partir de los años veinte del siglo pasado.
Si sigue acelerando el ritmo nos volveremos a meter en altas frecuencias de uso militar. A partir del millón de percusiones por segundo empiezan las microondas, que se utilizan en radares, hornos para calentar alimentos y teléfonos móviles para calentar las orejas.
En física, el número de golpes o pulsaciones por segundo recibe el nombre de hercios (Hz), en honor a Hertz1. De manera que es lo mismo decir que el mono hace un redoble con una frecuencia de 50 golpes por segundo, que decir que la onda que genera tiene una frecuencia de 50 Hz.
Cuando el mono empieza a ponerse en plan bestia, es decir, a tocar con una frecuencia que supere los 300 millones de hercios, entramos en la franja de los infrarrojos. Cualquier cuerpo que emita calor produce este tipo de ondas, desde la estufa que tenemos en casa hasta el Sol. También los mandos a distancia de la tele y, cómo no, algunos dispositivos militares.
Hasta aquí son todas ondas invisibles, pero cuando la frecuencia alcanza los 384 THz (en los terahercios se habla ya de billones) empezamos a «ver» las ondas. Abandonamos la zona de los infrarrojos para entrar en el color rojo. Conforme vayamos subiendo la frecuencia, irán apareciendo los colores del arco iris: naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta. Es la zona del espectro visible. Esto significa que los fotones son procesados por un complejo dispositivo que tenemos en la cara (los ojos) capaces de enviar una señal a nuestro cerebro que nos permite identificar una imagen (en colores).
Luego, pasados los quinientos mil billones de hercios (aquí el mono empieza a sudar) dejamos de ver nada y las ondas vuelven a ser invisibles. Entramos en el rango de frecuencias de los rayos ultravioletas. Es la franja peligrosa de la radiación solar, la que produce cáncer de piel.
A partir de los mil millones de hercios hacen acto de presencia los rayos X, que sirven para hacer fotografías a los amigos en la noche de Halloween.
Por último, por encima de los 1019 hercios (un uno seguido de diecinueve ceros) tenemos los rayos gamma, producto de desintegraciones radiactivas con un escalofriante poder de penetración. Por suerte, los que nos llegan de fuera son absorbidos por las capas altas de la atmósfera. También se fabrican en la Tierra para esterilizar equipos médicos en los hospitales.
Queda claro que, con su tambor, el mono, según la velocidad que imprima al redoble, puede iluminar la sala real con luces de colores o dejarlos a todos fritos.
No hay que olvidar que siempre hay algún mono tocando un tambor y llenando el universo de radiaciones electromagnéticas, algunas mortíferas, otras inocuas y otras imprescindibles para la vida.
El equivalente del casillero que teníamos para construir los elementos sería el espectro electromagnético. En este caso es mucho más simple, ya que se trata de una sola fila en la que se representa la distribución de frecuencias.
Si el número que representa la frecuencia es muy bajo escuchamos la radio, si es más alto podemos asar un pollo. Conforme vamos aumentando la frecuencia podemos ver una película o ponernos morenos o que nuestras células sufran una alteración genética poco deseable.
Una vez más, al final todo es una cuestión de números.
Constantemente estamos produciendo ondas electromagnéticas en un amplio rango de energías. Lo hacemos cuando hablamos por teléfono o encendemos la luz de nuestra mesilla de noche o el puntero de rayos láser. Pero nuestra gran fábrica de fotones, de la que realmente nos abastecemos, es el Sol. En el núcleo de esta estrella tienen lugar reacciones termonucleares con una gran emisión de fotones. Estos fotones hacen un largo y dificultoso recorrido. Chocan con otras partículas, se desvían, vuelven hacia atrás y otra vez hacia adelante, hasta que por fin llegan a la superficie. Una vez allí se esparcen en todas direcciones. Una buena parte de ellos llega a la Tierra. Nos iluminan, nos dan calor y posibilitan algo tan esencial para la vida como es la fotosíntesis. El Sol está muy lejos, pero los fotones viajan a gran velocidad. Solo tardan algo más de 8 minutos en llegar a la Tierra. Nada comparado con lo que tardan en recorrer el camino que va desde el centro hasta la superficie del Sol. En este azaroso viaje los fotones invierten alrededor de un millón de años. Cuando el Sol se apague definitivamente, algo que inevitablemente sucederá algún día, todavía dispondremos de mucho tiempo para disfrutar de su luz y calor. Aunque también cabe la posibilidad de que el Sol ya se haya apagado hace miles o cientos de miles de años y todavía no nos hayamos enterado.
1 Heinrich R. Hertz (1857-1894), físico alemán, fue el descubridor de las ondas electromagnéticas.
LA DOBLE NATURALEZA DE LAS COSAS
Podemos interpretar un fotón como una partícula que viaja a través del espacio, pero también como una onda, con todas las características propias de una onda, como son el reflejarse, interferir o acoplarse con otras ondas.
El interior de una habitación es «inundado» por la luz del día que entra por la ventana. Esto solo es posible si interpretamos la luz como una onda. Sucede lo mismo cuando se trata de ondas sonoras. La música se expande por toda la sala y se puede oír desde cualquier punto de la misma, como la onda de un estanque, que alcanza a todas las partículas de agua. Sin embargo, también podemos interpretar esos rayos de luz como partículas. Unas atraviesan