Hablemos de colores, sobre el
origen del color, y cómo somos capaces de ver colores a nuestro alrededor. Os
he de avisar que aunque esta entrada parezca larga, no lo es tanto, ¡disfrutad!
Para empezar a entender qué es el
color y como se produce, repasemos un poco el origen fundamental de los
colores: la luz. La luz es algo irremediablemente apasionante cuando se la
conoce bien (¡pues es a la vez onda y a la vez partícula!). Cuando nos hablan de
luz siempre tendemos a pensar en ese flexo que tenemos encima de la mesa, o la
que nos viene del sol, pero podemos definirla de una manera un poco
más…¿precisa?
La luz es una onda. Una onda
puede ser mecánica (se desplaza a través de algo material, como el agua o el
aire) o electromagnética (la cual se puede desplazar en el vacío). La luz como
tal es una onda electromagnética que está definida por un campo eléctrico y
otro magnético perpendicular a éste (figura 1).
Fig 1. Esquema de una onda
electromagnética.
Bien, hasta aquí un esquema de lo
que es una onda electromagnética, ¿pero qué es una onda en sí, qué
características la definen? De manera liviana, podremos entender una onda como
una perturbación en el espacio de algún parámetro, en el caso de la luz, esta
perturbación de da en los campos eléctrico y magnético. Como toda onda que se
precie, nuestra onda de luz deberá tener una longitud de onda, es decir, la distancia que hay entre dos puntos
de iguales características electromagnéticas (si pintamos la típica onda, con
sus semicírculos, será la distancia entre dos puntos de iguales
características).
Fig 2. Longitud de onda.
Además, la onda tiene una
frecuencia. La frecuencia se entiende como el número de veces que la onda
oscila en un tiempo determinado. Es como si estamos saltando a la comba y, en
una heroica y emocionante práctica atlética, somos capaces de saltar 6 veces la
comba por segundo, bueno, pues nuestra frecuencia de salto es de 6 saltos por
segundo…aunque yo dudo que pase de 1 o 2 saltos.
Una relación fundamental en
física es la velocidad de la luz, que como ya he mencionado alguna que otra vez
en este blog, es constante en un determinado medio. Si nosotros cambiamos la
frecuencia de la onda, para que la velocidad de la luz se mantenga, deberá
cambiar alguna que otra cosa, pues bien, la longitud de onda cambiará de manera
inversamente proporcional a como cambie la frecuencia, y viceversa. Esto quiere
decir que cuanto mayor longitud de onda tenga mi onda (perdón por la
redundancia), menor será la frecuencia. Esto da lugar a un número muy grande de
ondas, todas con la misma velocidad, pero con diferente longitud de onda y
frecuencia. Es lo que se conoce en ciencia como espectro electromagnético.
Fig. 3. Espectro electromagnético.
Nuestros ojos son potentes
sensores de radiación electromagnética, pero el problema es que solo vemos una
zona pequeña del espectro electromagnético, a esta zona, en un ejercicio de
superioridad intelectual infinita, el ser humano le puso el nombre de “zona del
visible”, donde están los colores que vemos. Si ampliamos el espectro anterior
entre la zona de longitudes de onda comprendida entre unos 400 a 700 nm veremos
esto:
Fig. 4. Zona del visible.
Pues bien, toda nuestra
experiencia sensorial relacionada con la visión procede de este pequeño cachito
de realidad…una pena no poder detectar el resto. Ahora bien, ¿cómo se originan estos colores?,
¿qué pasa en la materia para que veamos unas cosas de un color y no de otro?
En tiempos de Newton (1642-1727),
la luz fue uno de los retos más importantes a abordar, ¿era la luz una
colección de partículas, o más bien tenía un comportamiento ondulatorio?
La polémica surgió de las
diferentes observaciones que en la época se registraron del comportamiento de
la luz. Como por todos es sabido, Newton trabajó con mucho esfuerzo y logros,
en el campo de la óptica. Cuando descubrió que la luz conocida como luz blanca
se desdoblaba en una gama de colores al atravesar un prisma, determinó que esta
luz blanca estaba conformada por muchas partículas que, juntas, daban lugar a
la luz blanca, pero que, al entrar en el prisma, las diferentes partículas
interaccionaban con el medio dando lugar a una separación tal que las ordenaba por
viajar a diferente velocidad dentro de éste (véase colores).
Fig. 5. Descomposición de la luz
en un prisma.
Al tiempo, hubo otro señor, Christian
Huygens (1629-1695), que observó procesos de interferencia cuando la luz
atravesaba una pequeña rendija, lo que le llevó a pensar en la luz como una
onda. Lo que observó es que cuando la luz atravesaba una rendija, ésta actuaba
como foco de inicio de otra onda. Cuando se ponían dos rendijas cercanas, se
producían dos ondas que interaccionaban, en función del punto del espacio donde
estas ondas se encontrasen, había zonas donde las ondas se sumaban y otras
donde se restaban, aniquilándose una a la otra, lo cual daba lugar a una imagen
donde se alternan zonas de luz con zonas de oscuridad.
Fig. 6. Proceso de interferencia
en ondas.
Los descubrimientos de Newton y
Huygens sobre el tema derivaron en una
polémica que no se resolvió hasta la aparición de la Teoría Cuántica, la cual
postula que la onda tiene un comportamiento onda-corpúsculo, es a la vez onda y
a la vez partícula…depende de los ojos con los que la mires.
Fig 7. Sir Isaac Newton (izq.) y Christian
Huygens (der.)
La Teoría Cuántica empezó a describir
a las partículas sumamente pequeñas, las cuales tienen un comportamiento que, a
priori, no sabemos, solo sabremos la probabilidad de que hagan tal o cual cosa
(por mucho que a Einstein le pesara, Dios juega a los dados). En electrones inquietos hablé de los
electrones, esos bichitos que también tienen la mala costumbre de ser ondas y
partículas a la vez, y sobre cómo pueden saltar de un estado energético inicial
a otro final (remito al lector a dicha entrada, merece la pena). En dicha
entrada comenté que la energía para que un electrón “salte” de un orbital
atómico a otro está cuantizada, esto es, es una energía determinada y precisa.
Pues bien, he aquí que las plantas sean verdes (¿son siempre verdes?), el agua
incolora y los tomates rojos.
Al estar cuantizados los niveles
de energía en átomos, y por extensión en moléculas, cuando un electrón salte de
un orbital a otro solo lo hará cuando se le comunique exactamente la energía
necesaria para que lo haga, pero ¿cómo le comunicamos esa energía al electrón?
Pues muy fácil, con un fotonazo de luz, es decir, iluminándolo. Imaginemos a la
luz y al electrón en su naturaleza corpuscular. Cuando un fotón de luz, de
energía adecuada, choca contra un electrón, le confiere energía y le permite
pasar a otro estado energético. Si la diferencia energética entre el estado de
partida y el de llegada se corresponde con una energía que caiga dentro de la
región del visible en el espectro electromagnético, veremos color.
Para entender qué pasa imaginad
dos estados energéticos y el electrón saltando de uno a otro. Imaginemos que la
diferencia energética se corresponde con luz de 500 nm de longitud de onda (la
energía de una onda electromagnética viene dada por la ecuación de Planck, E=hv, donde h es la constante de Planck y v
la frecuencia de la onda), pues bien, si irradiamos con luz blanca, que
contiene todas las longitudes de onda de la zona del visible, el electrón sólo
captará la luz de 500 nm. La consecuencia de esto es que las sustancias, son
coloreadas porque emiten luz de longitud de onda correspondiente al color
complementario de la que absorben. En el ejemplo, la luz de 500 nm se
corresponde con el color azul, por lo tanto, la sustancia que absorba a 500 nm
emitirá luz de color naranja-amarillento, color con el que veremos dicho objeto.
No todos los átomos y todas las
moléculas son iguales, lo que hace que no sea siempre necesaria la misma
energía para realizar saltos electrónicos, con lo cual unas sustancias serán de
un color y otras tendrán colores diferentes, la magia de la naturaleza.
Fig. 8. Esquema de transición
electrónica.
Así, los tomates, cuando están
maduros, contienen una molécula llamada licopeno, que absorbe en el verde, en
torno a unos 560 nm, con lo cual los vemos rojos.
Fig 9. ¡Un tomate rojo!
Cuando paseamos por el campo y
vemos la flora que allí abunda (salvo que te encuentres en zonas manchegas)
predomina el color verde. El color verde se debe a la presencia de la
famosísima clorofila, la cual absorbe en torno a los 670 nm, zona del rojo, con
lo cual vemos a las plantas verdes. Pero en otoño, éstas empiezan a perder
color verde, se muestran marrones, amarillas…la razón es que en períodos
otoñales la cantidad de clorofila disminuye considerablemente, y otras
moléculas que están por allí, las cuales le sirven a la planta para defenderse
de agentes externos, están de manera predominante en la hoja de las plantas,
con lo cual, tenemos diferentes moléculas, observaremos diferentes colores.
Fig. 10. Diferentes variedades de color en plantas.
Lo mismo ocurre con las
zanahorias y el beta caroteno, una molécula que absorbe en torno a los 530 nm,
zona del azul claro-verde, con lo cual la observamos naranja.
Fig. 11. Vuestra queridísima
amiga, la zanahoria.
Pero no todo es color en este
mundo, hay sustancias que no permiten que sus electrones salten así a la
ligera, son más exigentes, así que les tendrás que dar más energía. Estas
sustancias, como el aire o el agua, absorben ondas electromagnéticas del
espectro, que están por encima en energía (las que tienen menor longitud de
onda, mayor frecuencia) que las que caen por la zona del visible.
La lista de cosas coloreadas es
infinita, no así de colores, así que cuando vayáis por la calle y veáis algo de
color, ¿qué vais a ver si no?, pensad en los endemoniados electrones y sus
saltos, a los cuales les debéis la visión. Ahora, os remito al blog de RadicalBarbatilo, donde os hablará del retinal, una sustancia que tiene que ver mucho
con esto de que veamos colores.
¡Saludos!
No hay comentarios:
Publicar un comentario