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Óptica

Óptica: o, Tratado de las reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz es una colección de tres libros de Isaac Newton que se publicó en inglés en 1704 (una traduc...

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Óptica: o, Tratado de las reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz es una colección de tres libros de Isaac Newton que se publicó en inglés en 1704 (una traducción académica al latín apareció en 1706). [ 1 ] El tratado analiza la naturaleza fundamental de la luz mediante la refracción de la luz con prismas y lentes, la difracción de la luz por láminas de vidrio muy próximas entre sí y el comportamiento de las mezclas de colores con luces espectrales o pigmentos en polvo. Óptica fue la segunda obra importante de Newton sobre ciencias físicas y se considera una de las tres obras principales sobre óptica durante la Revolución Científica (junto con Astronomiae Pars Optica de Johannes Kepler y el Tratado de la luz de Christiaan Huygens ).

Descripción general

La publicación de Opticks representó una contribución importante a la ciencia, distinta de los Principia pero en cierto modo rivalizándola , aunque el nombre de Newton no apareció en la portada de la primera edición. Opticks es principalmente un registro de experimentos y las deducciones extraídas de ellos, que abarca una amplia gama de temas en lo que más tarde se conocería como óptica física . [ 1 ] Es decir, esta obra no es una discusión geométrica de catóptrica o dióptrica , los temas tradicionales de la reflexión de la luz por espejos de diferentes formas y la exploración de cómo la luz se "desvía" al pasar de un medio , como el aire, a otro, como el agua o el vidrio. Más bien, Opticks es un estudio de la naturaleza de la luz y el color y los diversos fenómenos de difracción , que Newton llamó la "inflexión" de la luz.

Newton expone detalladamente sus experimentos, presentados por primera vez a la Royal Society de Londres en 1672, [ 2 ] sobre la dispersión , o la separación de la luz en un espectro de sus colores componentes. Demuestra cómo la aparición del color surge de la absorción , reflexión o transmisión selectiva de las distintas partes componentes de la luz incidente.

La principal importancia del trabajo de Newton radica en que derribó el dogma, atribuido a Aristóteles o Teofrasto y aceptado por los eruditos de su época, de que la luz "pura" (como la luz del Sol) es fundamentalmente blanca o incolora, y se transforma en color al mezclarse con la oscuridad producida por las interacciones con la materia. Newton demostró lo contrario: la luz se compone de diferentes tonalidades espectrales (describe siete: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta), y todos los colores, incluido el blanco, se forman mediante diversas mezclas de estas tonalidades. Demuestra que el color surge de una propiedad física de la luz —cada tonalidad se refracta en un ángulo característico mediante un prisma o una lente—, pero afirma claramente que el color es una sensación mental y no una propiedad inherente de los objetos materiales ni de la luz misma. Por ejemplo, demuestra que un color rojo violeta (magenta) puede obtenerse mezclando los extremos rojo y violeta de dos espectros, aunque este color no aparece en el espectro y, por lo tanto, no es un "color de luz". Al conectar los extremos rojo y violeta del espectro, organizó todos los colores en un círculo cromático que predice cuantitativamente las mezclas de colores y describe cualitativamente la similitud percibida entre los tonos.

La contribución de Newton a la dispersión prismática fue la primera en esbozar conjuntos de prismas múltiples. Las configuraciones de prismas múltiples, como expansores de haz, se volvieron fundamentales para el diseño del láser sintonizable más de 275 años después y sentaron las bases para el desarrollo de la teoría de la dispersión de prismas múltiples . [ 3 ] [ 4 ]

Comparación con los Principia

Primera edición de Óptica en el Museo de Ciencias de Londres, 1704 .

Óptica difiere en muchos aspectos de los Principia . Se publicó por primera vez en inglés en lugar del latín [ 5 ] utilizado por los filósofos europeos, contribuyendo así al desarrollo de una literatura científica vernácula. Los libros fueron un modelo de divulgación científica: aunque el inglés de Newton resulta algo anticuado —muestra predilección por oraciones largas con muchas matizaciones—, el libro aún puede ser comprendido fácilmente por un lector moderno. En contraste, pocos lectores de la época de Newton encontraron los Principia accesibles o incluso comprensibles. Su estilo formal pero flexible muestra coloquialismos y una elección de palabras metafórica.

A diferencia de los Principia , la Óptica no se desarrolla utilizando la convención geométrica de proposiciones probadas por deducción a partir de proposiciones, lemas o primeros principios (o axiomas ) previos. En cambio, los axiomas definen el significado de términos técnicos o propiedades fundamentales de la materia y la luz, y las proposiciones enunciadas se demuestran mediante experimentos específicos y cuidadosamente descritos. La primera frase del Libro I declara: « Mi propósito en este libro no es explicar las propiedades de la luz mediante hipótesis, sino proponerlas y probarlas mediante la razón y los experimentos ». En un Experimentum crucis o «experimento crítico» (Libro I, Parte II, Teorema ii), Newton demostró que el color de la luz correspondía a su «grado de refrangibilidad» (ángulo de refracción), y que este ángulo no puede modificarse mediante reflexión o refracción adicionales ni haciendo pasar la luz a través de un filtro de color. [ 6 ]

La obra es un vademécum del arte del experimentador, que muestra en numerosos ejemplos cómo utilizar la observación para proponer generalizaciones fácticas sobre el mundo físico y, posteriormente, excluir explicaciones alternativas mediante pruebas experimentales específicas. A diferencia de los Principia , que proclamaban Non fingo hypotheses o "No hago hipótesis" fuera del método deductivo, la Óptica desarrolla conjeturas sobre la luz que van más allá de la evidencia experimental: por ejemplo, que el comportamiento físico de la luz se debía a su naturaleza "corpuscular" como pequeñas partículas , o que los colores percibidos estaban armónicamente proporcionados como los tonos de una escala musical diatónica.

Consultas

Libro III de la edición de 1730 de Óptica , que contiene las preguntas 1 a 4.

Newton consideró originalmente escribir cuatro libros, pero descartó el último sobre la acción a distancia . [ 7 ] En su lugar, concluyó Óptica con un conjunto de preguntas sin respuesta y afirmaciones positivas denominadas consultas en el Libro III. El primer conjunto de consultas era breve, pero las posteriores se convirtieron en ensayos cortos que ocupaban muchas páginas. En la primera edición, había dieciséis consultas; [ 7 ] [ 8 ] ese número aumentó a 23 en la edición latina, publicada en 1706, [ 7 ] y luego en la edición inglesa revisada, publicada en 1717-18. En la cuarta edición de 1730, había 31 consultas.

Estas preguntas, especialmente las últimas, tratan sobre una amplia gama de fenómenos físicos que van más allá del tema de la óptica. Las preguntas se refieren a la naturaleza y transmisión del calor ; la posible causa de la gravedad; los fenómenos eléctricos ; la naturaleza de la acción química ; la forma en que Dios creó la materia; la manera correcta de hacer ciencia; e incluso la conducta ética de los seres humanos. [ 8 ] Estas preguntas no son realmente preguntas en el sentido ordinario. Casi todas están formuladas en negativo, como preguntas retóricas . [ 8 ] Es decir, Newton no pregunta si la luz "es" o "puede ser" un "cuerpo". Más bien, declara: "¿No es la luz un cuerpo?". Stephen Hales , un firme newtoniano de principios del siglo XVIII, declaró que esta era la forma en que Newton explicaba "por quaere ". [ 8 ]

Consultas destacadas

La primera pregunta dice: "¿Acaso los cuerpos no actúan sobre la luz a distancia, y por su acción desvían sus rayos; y no es esta acción ( caeteris paribus ) más fuerte a la menor distancia?", sospechando del efecto de la gravedad en la trayectoria de los rayos de luz. [ 9 ] Esta pregunta es anterior a la predicción de la lente gravitacional por la relatividad general de Albert Einstein en dos siglos y fue confirmada posteriormente por el experimento de Eddington en 1919. [ 9 ]

La pregunta 3 intenta explicar la difracción y los anillos de Newton considerando un movimiento de corpúsculos de luz similar al de una anguila al pasar por los bordes. Newton explicó anteriormente que este movimiento se produce por oscilaciones en el éter luminífero, creando una interacción entre los corpúsculos y su propio medio. En el siglo XIX, la teoría ondulatoria reemplazó esta teoría, pero con el advenimiento de la mecánica cuántica , algunos autores consideran que la teoría de la onda piloto , una de las interpretaciones de la mecánica cuántica , justifica la teoría corpuscular de Newton en este sentido. [ 10 ] [ 11 ]

La pregunta 6 del libro dice: "¿Acaso los cuerpos negros no perciben el calor de la luz con mayor facilidad que los de otros colores, debido a que la luz que incide sobre ellos no se refleja hacia afuera, sino que penetra en los cuerpos y a menudo se refleja y refracta en su interior hasta que se suprime y se pierde?", introduciendo así el concepto de cuerpo negro . [ 12 ] [ 13 ]

En la pregunta 21, Newton considera una teoría del éter para la gravitación, pero no la fomenta porque no conoce completamente cómo funciona la gravedad. [ 14 ] La primera parte de la pregunta 30 dice: "¿No son los cuerpos y la luz convertibles entre sí?" anticipando así la equivalencia masa-energía . [ 15 ]

La última pregunta (número 31) se pregunta si una teoría corpuscular podría explicar cómo diferentes sustancias reaccionan más con ciertas sustancias que con otras, en particular cómo el agua fuerte (ácido nítrico) reacciona más con la calamina que con el hierro . Esta pregunta número 31 se ha vinculado a menudo con el origen del concepto de afinidad en las reacciones químicas. Varios historiadores y químicos del siglo XVIII, como William Cullen y Torbern Bergman , atribuyeron a Newton el desarrollo de las tablas de afinidad. [ 16 ] [ a ]

En la última parte de la pregunta 31, Newton analizó el movimiento de las estrellas. Aun considerando un universo infinito e inmutable, afirma que el Sistema Solar perdurará durante "muchas eras", pero las irregularidades en sus órbitas "tendrán a aumentar hasta que este Sistema necesite una reforma". Sugiere que Dios o un ajuste fino son necesarios para mantenerlo estable. [ 17 ]

Recepción

La Óptica fue ampliamente leída y debatida en Inglaterra y en Europa continental. La presentación temprana de la obra a la Royal Society provocó una acalorada disputa entre Newton y Robert Hooke sobre la teoría corpuscular de la luz , lo que llevó a Newton a posponer la publicación de la obra hasta después de la muerte de Hooke en 1703. En el continente, y en Francia en particular, tanto los Principia como la Óptica fueron inicialmente rechazados por muchos filósofos naturales, quienes continuaron defendiendo la filosofía natural cartesiana y la versión aristotélica del color, y afirmaron que les resultaba difícil replicar los experimentos de prismas de Newton. De hecho, la teoría aristotélica sobre la naturaleza fundamental de la luz blanca se defendió hasta el siglo XIX, por ejemplo, por el escritor alemán Johann Wolfgang von Goethe en su Teoría de los colores ( en alemán : Zur Farbenlehre ), de 1810 .

La ciencia newtoniana se convirtió en un tema central en el ataque emprendido por los filósofos de la Ilustración contra una filosofía natural basada en la autoridad de los naturalistas griegos o romanos antiguos o en el razonamiento deductivo a partir de primeros principios (el método defendido por el filósofo francés René Descartes ), en lugar de en la aplicación del razonamiento matemático a la experiencia o la experimentación. Voltaire popularizó la ciencia newtoniana, incluyendo el contenido de los Principia y la Óptica , en sus Elementos de la filosofía de Newton (1738), y después de 1750, la combinación de los métodos experimentales ejemplificados por la Óptica y los métodos matemáticos ejemplificados por los Principia se estableció como un modelo unificado y completo de la ciencia newtoniana. Algunos de los principales defensores de esta nueva filosofía fueron figuras tan prominentes como Benjamin Franklin , Antoine Lavoisier y James Black .

Tras Newton, se han introducido muchas modificaciones. Thomas Young y Augustin-Jean Fresnel demostraron que la teoría ondulatoria que Christiaan Huygens describió en su Tratado sobre la luz (1690) podía probar que el color es la manifestación visible de la longitud de onda de la luz. La ciencia también fue reconociendo gradualmente la diferencia entre la percepción del color y la óptica matemáticamente susceptible de ser estudiada. Goethe, con su épica diatriba Teoría de los colores , no pudo socavar los fundamentos newtonianos; sin embargo, John Tyndall escribió en 1880: «Goethe sí encontró una fisura en la armadura de Newton. Newton se había comprometido con la doctrina de que la refracción sin color era imposible. Por lo tanto, pensaba que los objetivos de los telescopios debían permanecer siempre imperfectos, ya que el acromatismo y la refracción eran incompatibles. Dollon demostró que esta inferencia era errónea». [ 18 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ A Étienne François Geoffroy se le atribuye la primera tabla de afinidad en 1718, pero su relación con Newton o su conocimiento de la pregunta número 31 no está claro. [ 16 ]

Referencias

  1. 1 2 Newton, Isaac (1998). Óptica: o, un tratado sobre las reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz. También dos tratados sobre las especies y la magnitud de las figuras curvilíneas . Comentario de Nicholas Humez (  ed. Octavo). Palo Alto, California: Octavo. ISBN 1-891788-04-3.( Opticks se publicó originalmente en 1704).
  2. ↑ Newton, Isaac. "Hidrostática, óptica, sonido y calor" . Consultado el 10 de enero de 2012 .
  3. ↑ FJ Duarte y JA Piper, Teoría de la dispersión de expansores de haz de prismas múltiples para láseres de colorante pulsados, Opt. Commun. 43 , 303–307 (1982).
  4. ↑ P. Rowlands, Newton y la física moderna (World Scientific, Londres, 2017).
  5. ↑ Newton, Isaac; Shapiro, Alan E. (2021). Los trabajos ópticos de Isaac Newton . Cambridge Nueva York: Cambridge University Press. pág. xv. ISBN  978-0-521-30218-0.
  6. ↑ Thompson, Evan (2 de septiembre de 2003). Visión del color . Routledge. pág. 6. ISBN  978-1-134-90080-0.
  7. 1 2 3 James, Peter J. (1985). "El método estático de Stephen Hales"" . Historia y filosofía de las ciencias de la vida . 7 (2): 287– 299. JSTOR 23328812 . PMID 3909194 .  
  8. 1 2 3 4 Buchwald, Jed Z.; Cohen, I. Bernard (2001). La filosofía natural de Isaac Newton . MIT Press. ISBN 978-0-262-52425-4.
  9. 1 2 Schneider, P.; Ehlers, J.; Falco, EE (29 de junio de 2013). Lentes gravitacionales . Springer Science & Business Media. pág. 1. ISBN  978-3-662-03758-4.
  10. ↑ Bacciagaluppi, Guido; Valentini, Antony (22 de octubre de 2009). Teoría cuántica en la encrucijada: una reconsideración de la Conferencia Solvay de 1927. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-81421-8.
  11. ↑ Berry, Michael (1997). "Resbaladizo como una anguila" . Physics World . 10 (12): 41– 42. doi : 10.1088/2058-7058/10/12/27 . ISSN 0953-8585 . 
  12. ↑ Bochner, Salomon (1981). El papel de las matemáticas en el auge de la ciencia . Princeton, NJ: Princeton Univ. Pr. pp. 221, 347. ISBN  978-0-691-08028-4.
  13. ↑ Rowlands, Peter (2017). Newton: Innovación y controversia . World Scientific Publishing . pág. 69. ISBN  9781786344045.
  14. ↑ Sengupta, Pradip Kumar (2010). Historia de la ciencia y filosofía de la ciencia: una perspectiva histórica de la evolución de las ideas en la ciencia . Pearson Education India. ISBN 978-81-317-1930-5.
  15. ↑ Simmons, George Finlay (2022). Ecuaciones diferenciales con aplicaciones y notas históricas (3.ª ed.). CRC Press, Taylor & Francis Group. pág. 184. ISBN   978-1-4987-0259-1.
  16. 1 2 Newman, William R. (11 de diciembre de 2018). Newton el alquimista: Ciencia, enigma y la búsqueda del "fuego secreto" de la naturaleza . Princeton University Press. ISBN 978-0-691-17487-7.
  17. ↑ Harrison, Edward (1 de febrero de 1986). "Newton y el universo infinito" . Physics Today . 39 (2): 24– 32. doi : 10.1063/1.881049 . ISSN 0031-9228 . 
  18. ↑ Popular Science Monthly/Volumen 17/Julio de 1880) http://en.wikisource.org/wiki/Popular_Science_Monthly/Volume_17/July_1880/Goethe's_Farbenlehre:_Theory_of_Colors_II

Ediciones completas y gratuitas en línea de Newton's Opticks .

  • Rarebookroom, Primera edición
  • Biblioteca ETH, Primera edición
  • Gallica, Primera edición
  • Archivo de Internet, cuarta edición
  • Texto e imágenes digitalizados de la cuarta edición del Proyecto Gutenberg
  • Biblioteca Digital de la Universidad de Cambridge, Documentos sobre Hidrostática, Óptica, Sonido y Calor – Documentos manuscritos de Isaac Newton que contienen el borrador de Óptica.
  • Audiolibro de dominio público de Opticks en LibriVox