He respondido esta pregunta hace algún tiempo. De hecho, alguien quería saber cómo explicar el “aprovechamiento de la luz” a los estudiantes del décimo estándar que no sabían sobre láser y LED. Bueno, todos sabemos que una simple lupa se puede usar para enfocar la luz solar en un objeto para calentarlo o encenderlo. Aprendí sobre esto cuando era un boy scout. De hecho, un “cuchillo suizo” incluye una lupa pequeña solo para este propósito.
“Aprovechar la luz” significa exactamente lo que dice: controlamos y utilizamos este recurso natural de cualquier manera que podamos para el beneficio de la humanidad. Al igual que hemos aprovechado la energía eólica, y hemos aprovechado la energía solar, siempre hemos aprovechado la luz. Desde los días de la lámpara incandescente de Edison con el familiar filamento de tungsteno hasta los LED de hoy, iluminamos nuestros hogares. Hace solo unos años, pensábamos que los LED no eran más que las pequeñas luces rojas utilizadas como indicadores en los equipos, ¡pero los tiempos han cambiado! Con más y más personas dándose cuenta de los beneficios de eficiencia energética de la iluminación LED, parece que todo, desde los faros hasta los hogares y los televisores, ahora está iluminado por los versátiles diodos emisores de luz.
Una propiedad de la luz, la refracción, se está utilizando plenamente en todos los ámbitos de la vida, desde gafas hasta telescopios.
- ¿Por qué un objeto con masa no viaja a la velocidad de la luz?
- Estoy de acuerdo en que la velocidad de la luz en el vacío es constante, es decir, es la misma para cualquier observador. Pero, ¿por qué es 299792458 metros / segundo, y por qué no, digamos, 450000000 (un número aleatorio) metros / segundo?
- ¿Puede la luz ser estacionaria?
- ¿La luz tiene masa o no? ¿Contradicción? ¿Magia?
- Uno lee cada vez con más frecuencia parece que un rayo de luz se ha ralentizado o incluso se ha detenido en el laboratorio. ¿Qué está sucediendo exactamente con el haz de luz en esta situación? ¿Está realmente parado?
Tome el telescopio, por ejemplo. Galileo fabricó el primer telescopio refractor astronómico en el siglo XV, que era algo así como una potencia 10X con la que vio los cráteres de la Luna (hasta entonces todos
pensaba que la Luna tenía una superficie lisa y pulida) y los cuatro satélites de Júpiter. Desde entonces, los telescopios se hicieron cada vez más grandes, ahora el más grande está en La Palma en las Islas Canarias. Esto tiene un espejo primario de 34 pies (teóricamente 24000X). Mucho más grandes están por venir en el futuro. Todo esto se basa en la idea de reunir más “luz”: los grandes telescopios se conocen como “cubos de luz”.
La óptica es una rama de la física que involucra el comportamiento de la luz y sus propiedades, incluidas sus interacciones con la materia. La óptica generalmente implica el comportamiento de la luz visible, ultravioleta e infrarroja; sin embargo, como la luz forma parte del espectro electromagnético, otras formas de radiación como las ondas de radio, los rayos X y los rayos gamma también exhiben las mismas propiedades que la luz. La ciencia y la ingeniería óptica han sido la base de los avances científicos y técnicos de los últimos cien años.
¡El futuro es emocionante! Hay tantos campos en los que se usa la óptica, que mencionaré solo unos pocos.
Tome el LÁSER, por ejemplo, se basa en las propiedades cuánticas de los fotones. Inicialmente era un medio de “amplificación de luz”: agregar energía para tareas como cortar o quemar, calentar, soldar. Pero ahora los científicos han usado energía láser para congelar átomos. Al ajustar cuidadosamente la energía de los láseres, han aprendido a extraer energía de los átomos, hasta el punto en que, mientras los láseres permanecen encendidos, el lote de átomos se convierte en la cosa más fría del universo. El futuro puede ser la regeneración por láser?
O tome otro uso más para el láser: el proceso de cortar rayos láser en pulsos de “femtosegundos”, una cuadrillonésima de segundo de largo. Esta técnica permite a los científicos tomar fotografías de reacciones químicas en tiempo real, a medida que ocurren. Cuando se aplica a la biología, la fotografía de femtosegundos nos permite observar cómo las biomoléculas crean y rompen los lazos entre ellas. Esto es especialmente valioso al tratar de comprender los mecanismos de la fotosíntesis, mediante los cuales las plantas convierten la luz solar en energía.
La ciencia de las comunicaciones de datos se enfrentó a un verdadero desafío a la hora de mejorar la velocidad y la eficiencia: el “límite de difracción” de la luz. Las fibras ópticas están en uso desde hace varios años. Pero dado que las ondas de luz tienden a extenderse cuando son bloqueadas por un obstáculo, las imágenes y las señales de comunicación pueden volverse borrosas y borrosas. La luz en sí misma es una excelente portadora de información, ya que no está limitada por el ancho de banda, y las señales no necesariamente interfieren entre sí. El único problema es que el límite de difracción crea un cuello de botella en el que las señales cercanas pueden comenzar a doblarse e interferir entre sí.
Los científicos han descubierto recientemente que al romper la barrera de difracción, las señales de luz pueden enviarse a una capacidad 10 veces mayor. Hay varios beneficios. La tecnología permitirá imprimir circuitos electrónicos utilizando equipos más manejables y menos costosos. En la actualidad, para incluir ‘características a nanoescala’ en chips de computadora, se necesita una fuente de luz ultravioleta extrema. La inversión puede ser de millones de dólares, pero con la nueva óptica de alta resolución capaz de imprimir elementos a nanoescala en la oblea, la inversión puede disminuir diez veces.
El objetivo de los científicos es la creación de ‘nano-robots’ y ‘nano-dispositivos’ que pueden inyectarse en el torrente sanguíneo de los pacientes para detectar células maliciosas en una etapa temprana y crear un sistema de atención autosuficiente a largo plazo .
La tecnología también se puede utilizar para imprimir y generar ‘biosensores’ y ‘andamios’ para el crecimiento de tejidos en hígados artificiales y modelos de tumores artificiales, entre otras cosas. Cuando se trata de la terapia con medicamentos, la detección se haría más rápida y la entrega más precisa.
Sus experimentos con la óptica han llevado a algunos descubrimientos sorprendentes que permiten generar microestructuras tridimensionales, utilizando el grafeno como un canal de suministro más eficiente y creando una nueva lente que produciría energía ultrasónica intensa. Los beneficios electrónicos del material a base de carbono ya son conocidos, pero las propiedades ópticas permanecen sin explotar. El grafeno es diez veces más rápido ópticamente que electrónicamente y puede guiar la luz con precisión, transportando señales sin interferencia. Con la capacidad de enfocar y enfocar la luz en la nanoescala, no solo la comunicación de datos sería más rápida, sino que el diagnóstico y el tratamiento de la enfermedad también serían más precisos, menos invasivos, menos engorrosos y más rentables que los enfoques actuales.
Por último, tome el teléfono celular, por ejemplo. Ahora existe el potencial de controlar y entregar un gran paquete de señales de luz para la comunicación en un área pequeña, lo que aumenta la velocidad de descarga de datos. La mejora significa que se puede manejar e intercambiar la misma cantidad de datos entre diferentes chips. El teléfono celular eventualmente será reemplazado por dispositivos portátiles, esto ayudará a crear una mejor experiencia de usuario, al proporcionar una vida más visual que sea más transparente, portátil y eficiente en energía.
¡El alcance es inmenso!
