La óptica de Newton

Y sin embargo, quizás sin que el propio Newton fuera consciente de la enormidad de sus descubrimientos, el libro enterró todas las antiguas concepciones e ideas sobre la luz y el color. Filósofos como Aristóteles habían especulado con que todos los colores provenían de la claridad (el blanco) y la oscuridad (el negro), y otros proponían que los colores del arcoíris, ese misterio majestuoso, eran producidos por el agua de lluvia que coloreaba los rayos del cielo. Al mismo tiempo, sobre la luz había diversas posiciones, algunas irreconciliables. Pitágoras decía (sin más bases que su razonamiento) que la visión era posible porque los ojos lanzaban rayos de luz que chocaban con los objetos. En el otro extremo, Epicuro argumentaba que los objetos producían rayos de luz que luego viajaban hasta el ojo.

Como tantos otros debates filosóficos, éste sólo podía resolverse mediante experimentos y un método, el científico, que no aparecería sino hasta principios del siglo XVII, y un importante predecesor de ese método fue Ibn al-Haytham, pensador de lo que hoy es Irak que vivió a fines del siglo X y principios del XI y que, al aplicar la geometría al movimiento de la luz, propuso que existían rayos de luz que chocaban con los objetos y la vista recogía los rayos rebotados.

En 1666, con apenas 24 años de edad, Isaac Newton emprendió los experimentos que permitirían determinar con certeza las características de la luz, empezando por el color. La imagen es una de las más icónicas de la revolución científica (junto con la de Galileo en su telescopio): en su habitación oscurecida, Newton deja pasar un estrecho haz de luz solar que dirige hacia un prisma de cristal. La luz pasa por el prisma y se descompone en los siete colores del arcoíris tiñendo la pared del científico: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul, índigo y violeta.

¿El prisma transformaba la luz o solamente la descomponía? Para saberlo, Newton utilizó otro prisma invertido en sus ángulos respecto del primero. Al pasar por él, los colores volvían a unirse produciendo luz blanca. La única conclusión que explicaba todos estos fenómenos era que la luz blanca era en realidad una mezcla de luz de diferentes colores y se podía descomponer en ellos con un prisma ya que éste los refractaba de manera distinta según el ángulo de sus facetas. Hoy sabemos que esto se debe a que los diferentes colores viajan a velocidades distintas dentro del cristal y por tanto se refractan en cantidades diferentes y se separan. El violeta es el más lento y el rojo, el más rápido.

Sus experimentos incluyeron el dirigir luz de distintos colores hacia varios objetos diferentes, con lo que demostró que el color era una propiedad intrínseca de la luz, y que se mantenía inalterado si la luz se reflejaba, se dispersaba o se transmitía. Con esto desarrolló su teoría, según la cual el color es el resultado de la interacción de los objetos con luz que ya tiene algún color, que los objetos, contrario a opiniones antiguas, no generaban el color ellos mismos. Hoy sabemos que vemos los objetos de un color determinado porque su superficie absorbe los demás colores y refleja o transmite el color que vemos.

Cuando publicó sus primeras experiencias, Newton llamó a los colores componentes de la luz «espectro». Hoy en día, el estudio de los espectros de diferentes fuentes de luz se llama por ello, precisamente, espectroscopía, ya que se descubriría que distintas discontinuidades en el espectro, por ejemplo, de las estrellas, era una indicación de la presencia de ciertos elementos, lo que nos permite conocer su composición sin tener que viajar hasta ellas para analizarlas.

Newton relacionó esta observación con un fenómeno peculiar que molestaba a los astrónomos tempranos de entonces: alrededor de los objetos que veían en sus telescopios formados por lentes, se formaban bandas de color que afectaban a la calidad de sus observaciones. La forma de reducir esta «aberración cromática» era tener tubos más largos que volvían a los telescopios estorbosos y complejos.

La conclusión de Newton fue que este fenómeno era similar al de la luz pasando por su prisma: dada la diferencia de espesor del vidrio de una lente, se provocaba el mismo fenómeno de descomposición de la luz. Y mientras se usaran lentes, la aberración cromática estaría allí. Aunque el uso de varios grupos de lentes la reduce, los fotógrafos, cineastas y vídeo aficionados de hoy en día siguen batallando contra ella.

La solución que propuso y construyó el propio Newton en 1668, luego de numerosos experimentos, fue un telescopio basado en espejos en lugar de lentes, que era mucho más compacto y poderoso que los telescopios de refracción, además de que eliminaba la aberración cromática, el primero de su tipo en la historia. Con distintas mejoras, éste es el telescopio newtoniano que siguen utilizando mayoritariamente desde los astrónomos aficionados de patio trasero hasta los profesionales más distinguidos.

Fue la creación del telescopio reflejante la que hizo que Newton fuera elegido en 1672 como miembro de la Royal Society, la cual eventualmente también presidiría. En esa venerable institución enfrentó las críticas que tanto detestaba cuando Robert Hooke puso en duda la teoría newtoniana de la naturaleza corpuscular de la luz (según la cual la luz estaba formada por partículas) y propuso que la luz estaba compuesta por ondas. Se cree que por ello Newton no publicó 'Opticks' sino hasta después de la muerte de su rival, en 1703.

Con ese libro arranca toda la comprensión y el estudio científico de la luz, hasta llegar a los láseres y los telescopios espaciales. Una aportación tan relevante como su teoría de la gravitación universal.