V. LA DIFRACCI�N DE LA LUZ

EN ITALIA —posiblemente mientras Newton desarrollaba su famosa �ptica o Tratado de la reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz— un jesuita italiano, Francesco Grimaldi (1618-1663), f�sico y astr�nomo, quien en 1651 dio los nombres que hasta ahora conservan los accidentes del lado visible de la Luna, descubr�a un importante fen�meno �ptico llamado por �l mismo difracci�n de la luz. Este fen�meno se presenta siempre que de la luz emitida por una fuente se separa una fracci�n interponiendo un cuerpo opaco y esto es lo que da origen a su nombre: divisi�n en fracciones.

La difracci�n se puede observar interponiendo, justo frente a un ojo, una ranura muy estrecha recortada en una l�mina opaca; o bien, una ranura formada por los filos de dos hojas de afeitar pegadas con durex sobre una ranura m�s ancha recortada en una tira de cartoncillo (Figura 16). Mirando solamente por este ojo una luz distante, por ejemplo la flama de una vela colocada a unos metros de distancia, esperar�amos percibir la imagen de la flama como en la figura 17(a); sin embargo, si la ranura es suficientemente estrecha, se perciben varias im�genes como en la figura 17(b). Esto, desde luego, tampoco es lo que esperar�amos de acuerdo con la �ptica geom�trica. La figura 18(a) muestra las regiones geom�tricas de iluminaci�n y de sombra producidas por una ranura. Si coloc�ramos el ojo justo en el origen de estas regiones los rayos de la regi�n de iluminaci�n pasar�an al interior del ojo y formar�an una imagen, y s�lo una, de la flama de la vela; esto es lo que vemos por una ranura ancha (Figura 17(a)). Las im�genes m�ltiples que se observan con la ranura delgada indican que, al pasar por la ranura, la luz forma varias regiones de iluminaci�n a ambos lados de una regi�n central iluminada que corresponde, m�s o menos, a la regi�n geom�trica de iluminaci�n. El ojo forma im�genes con los rayos que recibe de cada una de estas regiones y las percibe como en la figura 17(b).

Figura 16(a). Una ranura delgada para observar el fen�meno de la difracci�n de la luz construida fijando con durex dos hojas de afeitar, filo a filo, sobre una ranura m�s ancha recortada en una tira de cartoncillo. Antes de fijar las hojas con durex los filos se mantienen separados por el espesor de una tira de papel. (b) La ranura de difracci�n terminada.

Figura 17. La imagen de la flama de una vela seg�n la percibe el ojo. (a) A trav�s de una ranura ancha; (b) A trav�s de una ranura delgada; de difracci�n.

Figura 18. Las zonas de iluminaci�n y de sombra producidas por una ranura delgada. (a) Seg�n la �ptica geom�trica. (b) Seg�n se observa en una ranura de difracci�n.

El fen�meno de la difracci�n de la luz y otros an�logos se observan m�s n�tidamente en un cuarto oscuro y si en vez de la flama de una vela empleamos como fuente de luz un solo punto luminoso. Se consigue uno f�cilmente pasando luz de la flama de una vela por un orificio peque�o perforado en un cartoncillo grueso, negro de preferencia, en la forma que muestra la figura 19. Mirando la luz de la vela que pasa por el orificio a trav�s de la ranura de difracci�n colocada justo frente al ojo se observa un conjunto de bandas luminosas, de intensidad decreciente respecto a la m�s intensa del centro, que se llama patr�n de difracci�n de una ranura (Figura 19).

Figura 19. Arreglo para observar la difracci�n de un haz de luz que se forma haciendo pasar luz de la flama de una vela por un orificio peque�o perforado en un cartoncillo.

Arriba se muestran los patrones de difracci�n observados con una ranura sencilla y con una ranura doble (figura 21).

El patr�n de difracci�n de una ranura parece negar la propagaci�n rectil�nea de la luz. Si pensamos en la luz simplemente como si fueran rayos, sin importar su naturaleza, las im�genes laterales parecer�an provenir de rayos desviados de la direcci�n de los rayos centrales; es decir, de rayos que habr�an torcido su rumbo al pasar los filos de las hojas y penetrado en la sombra geom�trica. El fen�meno de la difracci�n de la luz, por lo tanto, contradice la hip�tesis de los rayos rectos; es decir, contradice la hip�tesis de la propagaci�n rectil�nea de la luz. Parece que la luz, despu�s de todo, s� puede dar la vuelta a los objetos opacos.

Si pensamos en la luz como rayos formados por part�culas, o corp�sculos, el fen�meno de la difracci�n de la luz nos lleva tambi�n a consecuencias muy interesantes. Podr�amos, por ejemplo, imaginar un sencill�simo experimento para medir el "tama�o" de tales part�culas; simplemente pasar�amos luz, como la proveniente de una vela, por ranuras m�s y m�s estrechas hasta alcanzar una que apenas permitiera su transmisi�n. El di�metro de las "part�culas de luz" ser�a apenas superior a la anchura de esta ranura. Sin embargo, observando la flama de una vela a trav�s de ranuras de difracci�n de diferentes anchuras, o con una ranura estrecha de anchura variable como la de la figura 20, se encuentra que todas producen im�genes m�ltiples; esto es, se comprueba que no es posible encontrar una ranura que "apenas permita el paso de la luz"; para conseguir esto es necesario cerrar la ranura completamente. Las "part�culas" que seg�n Newton compondr�an los rayos luminosos parecer�an, pues, carecer de dimensiones definidas, ya que la luz pasa por las ranuras m�s estrechas. Este sorprendente resultado no demuestra, sin embargo, que la luz no est� compuesta por part�culas; s�lo demuestra que, si lo estuviera, las part�culas no ser�an como peque��simas canicas ni pelotas r�gidas con dimensiones definidas.

Figura 20. Una ranura de difracci�n de anchura variable. Los filos de las hojas se pone en contacto por un extremo y se separan en el otro por el espesor de un trocito de papel antes de fijarlos con durex a la tira de cart�n.