Explicamos qué es la óptica, su historia, su impacto en otras ciencias y cómo se diferencia la óptica física, geométrica y moderna.

óptica
La óptica estudia las propiedades de la luz y cómo se pueden utilizar.

¿Qué es la óptica?

óptica es una rama de la física dedicada al estudio de la luz visible: sus propiedades y comportamiento. También analiza sus posibles aplicaciones en la vida del ser humano, como la construcción de instrumentos para detectarlo o aprovecharlo.

La luz ha sido definida por la óptica como una banda de emisiones electromagnéticas, cuyo comportamiento es similar al de otras formas invisibles (para nosotros) del espectro electromagnético, como la radiación ultravioleta o infrarroja.

Esto significa que su comportamiento se puede describir de acuerdo con la mecánica de ondas (excepto en contextos muy específicos donde la luz actúa como una partícula) y se acerca a la electrodinámica clásica de la luz.

La óptica es un campo de investigación muy importante que alimenta otras ciencias, incluyendo la astronomía, la ingeniería, la fotografía y la medicina (oftalmología y optometría), herramientas. Debemos la existencia de espejos, lentes, telescopios, microscopios, láseres y sistemas de fibra óptica.

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Historia de la óptica

microscopio óptico de la historia
La óptica ha permitido invenciones vitales para la ciencia, como los microscopios.

El campo de la óptica ha sido una de las preocupaciones del ser humano desde la antigüedad. Los primeros intentos conocidos de lentes se remontan al antiguo Egipto o la antigua Mesopotamia, como la lente Nirmud (700 a.C.) fabricada en Asiria.

Los antiguos griegos también se preocupaban por comprender la naturaleza de la luz., que entendía sobre la base de dos perspectivas: su recepción o su visión y su difusión, ya que los antiguos griegos pensaban que los objetos emitían copias de sí mismos por la luz (llamado eidola). Filósofos como Deócritto, Epicuro, Platón y Aristóteles han estudiado ampliamente la óptica.

A la retransmisión de estos eruditos se constituyeron alquimistas y científicos islámicos en la época medieval europea, como Al-Kindi (c. 801-873) y en particular Abu Ali-al-Hasan o Alhazén (965-1040), considerado el padre de la óptica por su Libro óptico (siglo XI), donde explora los fenómenos de refracción y reflexión.

El Renacimiento europeo trajo este conocimiento a Occidente, sobre todo gracias a Roberto Grosseteste y Roger Bacon. Las primeras gafas prácticas se hicieron en Italia alrededor de 1286. Desde entonces, la aplicación de lentes ópticas para diferentes propósitos científicos no se ha detenido.

Gracias a la óptica, genios como Copérnico, Galileo Galilei y Johannes Kepler pudieron llevar a cabo sus estudios astronómicos. Más tarde, los primeros microscopios permitieron el descubrimiento de la vida microbiana y el comienzo de la biología y la medicina modernas. Toda la revolución científica se debe, en gran medida, a la contribución de la óptica.

Óptica física

La óptica física es la que considera la luz como una onda que se propaga en el espacio. Es la rama de la óptica que sigue siendo la más fiel a los principios y razonamientos de la física, poniendo sus manos en conocimientos previos como las ecuaciones de Maxwell, por citar solo un ejemplo importante.

De esta manera, se preocupa por fenómenos físicos como la interferencia, la polarización o la difracción. Además, ofrece modelos predictivos para saber cómo se comportará la luz en determinadas situaciones o en determinados entornos, si no en sistemas de simulación numérica.

Óptica geométrica

optica geometrica prisma arco iris
La óptica geométrica permite estudiar fenómenos como arco iris y prismas.

Óptica geométrica surge de la aplicación geométrica de leyes fenomenológicas alrededor de la refracción y la reflexión por Willebrord Snel van Royen (1580-1626), el científico holandés conocido como Snell.

Para ello, esta rama de la óptica parte de la existencia de un rayo de luz, cuyo comportamiento es descrito por las reglas de la geometría para encontrar fórmulas correspondientes a lentes, espejos y dioptrías. Por aquí es posible estudiar fenómenos como el arco iris, la propagación de la luz y los prismas. Todo ello utilizando el lenguaje de las matemáticas.

Óptica moderna

La rama contemporánea de la óptica emerge con la física cuántica y las nuevas áreas de conocimiento que esta última ha hecho posible, así como sus posibles aplicaciones de la mano de la ingeniería. Por lo tanto, la óptica moderna incluye una amplia variedad de nuevas áreas de investigación sobre la luz y sus aplicaciones, incluyendo:

  • Los mecanismos de láser (amplificación de la luz por emisión simulada de radiación).
  • el Fotocélulas, luces LED y metamateriales.
  • el optoelectrónica, de la informática, y el procesamiento digital de imágenes.
  • el ingeniería de iluminación, con aplicaciones en fotografía, cine y otros campos.
  • Óptica cuántica y estudio físico del fotón como una partícula de luz y una onda de luz al mismo tiempo.
  • el óptica atmosférica y la comprensión de los procesos de luz atmosférica.

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Referencias: