El enigma del punto luminoso de Fresnel y Arago

En el año de 1704, Isaac Newton propuso su teoría corpuscular de la luz. Esta teoría sostenía que la luz se componía de diminutas partículas que viajaban a lo largo de líneas rectas. 

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Por: Moisés Cywiak

El enigma del punto luminoso de Fresnel y Arago. FOTO: jplanio en Pixabay

El enigma del punto luminoso de Fresnel y Arago. FOTO: jplanio en Pixabay

En el año de 1704, Isaac Newton propuso su teoría corpuscular de la luz. Esta teoría sostenía que la luz se componía de diminutas partículas que viajaban a lo largo de líneas rectas. Con el paso del tiempo, se dudó de dicha teoría ya que no podía describir correctamente el comportamiento de la luz al propagarse  a través de prismas o de rendijas muy estrechas.

En el año de 1815, Augustin-Jean Fresnel, un joven ingeniero francés, publicó su teoría ondulatoria de la luz, posiblemente inspirado en los trabajos reportados en 1687 por el físico y astrónomo holandés Christian Huygens, quien había propuesto por primera vez la teoría ondulatoria de la luz, sosteniendo que se propagaba de una manera similar a ondas que viajan en la superficie del agua. La publicación de Fresnel, causó gran controversia para los científicos de esa época.

En el año de 1817, Siméon Denis Poisson puso en duda la teoría de Fresnel. Poissson, fue un extraordinario matemático francés. Fue alumno de Lagrange y Laplace y comenzó su actividad docente como ayudante de Fourier.

Intentando mostrar que la teoría de Fresnel no era correcta, Poisson realizó cálculos matemáticos tomando precisamente las fórmulas que Fresnel había desarrollado. De esta manera, hizo ver que si dicha formulación fuera cierta, entonces, a ciertas distancias de la proyección de la sombra geométrica de un obstáculo opaco de forma circular, tendría que presentarse un pequeño punto brillante de luz. Este fenómeno, por supuesto no podía ser aceptado por Poisson.

Con el fin de resolver la controversia sobre la existencia del punto central brillante, la Academia Francesa ofreció un premio para quien pudiera aportar un resultado experimental apropiado. El presidente del jurado, para supervisar el concurso, fue el físico Francois Arago.

Fue precisamente Arago quién realizó exitosamente el experimento mostrando la existencia de dicho punto brillante para sorpresa de todos. De esta manera, el mismo Poisson, en lugar de probar que Fresnel estaba equivocado, participó, sin querer, para demostrar que la teoría de Fresnel era correcta. En consecuencia, Fresnel recibió el premio.

Cabe mencionar que el punto de Arago fue observado por primera vez en 1723 por el astrónomo italiano-francés Giacomo Filippo Maraldi (1655-1729), pero poco se menciona de este hecho.

En la figura siguiente se muestra un bosquejo de un arreglo experimental plausible para observar el punto de Arago.

En las figuras siguientes presentamos los resultados de dicho experimento calculados matemáticamente. En la primera figura se observa, en color blanco brillante, un haz de iluminación de forma circular propagándose desde detrás de la página y en dirección del lector. Para su observación las figuras están a escala. Los cálculos matemáticos corresponden a un haz de luz que presenta un diámetro de 2 milímetros.  El círculo oscuro representa el objeto circular opaco con un diámetro de 0.66 milímetros, tal como se vería de frente por un observador. En la segunda figura se presenta el cálculo de la proyección del objeto obtenido a una distancia de proyección igual a 50 centímetros. Puede observarse el punto brillante vaticinado por Fresnel en el centro del objeto proyectado, así como anillos concéntricos de luz correctamente vaticinados por la teoría de Fresnel. En ambas figuras las unidades en los ejes horizontal (x) y vertical (y) corresponden a metros por lo que la escala se multiplica por el factor 1e-3, que corresponde a milímetros.

Una vez mostrado el comportamiento ondulatorio de la propagación de la luz, iniciaron grandes estudios y descubrimientos de la luz dando pauta al surgimiento de importantes aplicaciones sustentadas en los diferentes fenómenos físicos inherentes de esta teoría, permitiendo grandes avances en diferentes campos de la ciencia y la tecnología.

Moisés Cywiak: Doctor en ciencias Ópticas por el Centro de Investigaciones en Óptica A.C.

Investigador y profesor por más de 20 años en instrumentación óptica y electrónica.
Autor de más de 30 artículos internacionales y de un libro de programación estereoscópica sobre kivy.

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