Nuevo artículo de Agustín Valenzuela Fernández, Profesor Titular y Científico de la Universidad de La Laguna , en el que nos habla de la luz haciendo un viaje desde Empédocles hasta Max Planck y Einstein.

1. LA CIENCIA QUE NOS UNE
5 de noviembre de 2017
UN MUNDO DE LUZ
Llevamos miles de años persiguiendo los enigmáticos rayos del Sol, sin haber conseguido
atraparlos con nuestras manos... aún. Ya en la milenaria cultura egipcia, la luz se consideraba
la fuerza vital intangible que animaba el Universo. No en vano, el disco solar Ra era su deidad
suprema, acompañado por una segunda deidad, Shu, que personificaba los rayos de luz
emanados de Ra. En el siglo V a.C. el filósofo y poeta Empédocles retomó esta idea, al describir
la luz como una sustancia emitida por el Sol en un torrente en movimiento, aportando así un
nuevo concepto, la velocidad. Es decir, que no vemos este torrente porque se mueve demasiado
rápido para ser visto.
Newton, el primero en mostrarnos la luz
Y cuando el genial Isaac Newton se interesó por la luz, todo cambió. Newton descubrió que la
luz blanca es mezcla de todo el espectro de colores, como observó al conseguir descomponerla
en un perfecto arco iris, tras pasar la luz solar a través de un prisma. Newton propuso que la luz
está formada por corpúsculos muy rápidos, mientras que Huygens y Hooke, contemporáneos
de Newton, creían que era una onda continua. Posteriormente, Faraday y Maxwell nos
mostraron la luz como una onda electromagnética que se propaga a una velocidad enorme y
constante: "la velocidad de la luz" (aproximadamente 300.000 km/s en el vacío). Realmente,
todos tenían razón. La luz se mueve a través del espacio como una onda, pero cuando se
encuentra con la materia se comporta como una partícula. Esta dualidad onda-partícula
converge en el concepto de "cuanto de luz" o fotón, que describieron Max Planck y Albert
Einstein, y que ha permitido, entre otros avances, la creación del haz de luz láser. La ciencia y
la tecnología de la luz se denominan fotónica.
Luz y vida, casi indisociables
La luz y el calor solares, resultado de la fusión de átomos de hidrógeno para crear, entre otros,
átomos de helio, es una fuente fundamental de energía para la mayoría de organismos vivos,
terrestres y acuáticos, tanto diurnos como nocturnos. La importancia de la luz como estímulo
individual, generador de movimiento y de comportamiento grupal (fototactismo o
fotomovimiento) se aplica para las criaturas dotadas de "ojos" y redes neuronales, así como para
plantas, hongos y microorganismos unicelulares (bacterias, algas y protozoos). Las aves, como
algunos peces e invertebrados, tienen visión en el espectro de luz ultravioleta (UV), lo que les
permite rastrear el Sol y, con ello, controlar sus vuelos migratorios y ubicarse incluso con

2. neblina. En las plantas y los hongos, la luz es un activador de procesos biológicos tan
importantes como el control de la dirección en la que deben crecer (fototropismo) y la forma
que deben adoptar (fotomorfogénesis). Es clave en la generación de la vida misma; por ejemplo,
para la famosa fotosíntesis en plantas con clorofila (convierte la materia inorgánica en materia
orgánica rica en energía), y para la germinación de esporas en helechos, entre otros procesos.
Pero la capacidad de producir luz no es privilegio exclusivo del sol. La primera
descripción de un organismo vivo que emitía luz (bioluminiscencia) se debe a Cayo Plinio
Segundo el Viejo (23-79 d.C.), quien describió en su Naturalis Historia la existencia de unas
medusas en la bahía de Nápoles que resplandecían con una tonalidad verdosa al ser expuestas
a la luz solar. Las luciérnagas, que son un tipo de escarabajo nocturno, emiten destellos
intermitentes de luz gracias a unos órganos lumínicos especiales situados bajo el abdomen.
Cuando absorben oxígeno del aire, éste se combina con una sustancia llamada luciferina y
reacciona produciendo luz, sin apenas generar calor. Muchos peces, calamares, pulpos,
esponjas, caracoles, etc, que viven en las zonas abisales de nuestros océanos (entre 3.000 y 6.000
metros de profundidad), donde escasea el alimento y la luz solar no llega, han desarrollado
cambios evolutivos para sobrevivir, tales como bocas y dientes desproporcionados, estómagos
deformables y órganos bioluminiscentes. Se estima que hasta un 90% de los seres vivos que
habitan en la porción media y abisal podrían producir luz. En este hábitat hostil, dicha luz
cumple funciones importantes para la supervivencia como el camuflaje (escapando de
depredadores), el engaño o distracción para atraer a presas, la comunicación entre individuos
de la misma especie o simplemente para iluminar el entorno.
Otras especies emiten luz fluorescente, que es la luz visible que emite una sustancia
tras su excitación energética con otra fuente de luz, como la UV de onda corta. Así, la luz verde
que emiten ciertas especies de medusas, como la Aequorea victoria, es debida a proteínas
fluorescentes del tipo GFP ("Green Fluorescent Protein"). Su descubrimiento y su aplicación,
junto al uso de luz láser, ha sido crucial en biotecnología y medicina, permitiendo estudiar el
desarrollo de neuronas en el cerebro, destruir células y proteínas tumorales de forma selectiva,
estudiar la superficie de una célula viva y su infección por un virus (como podemos observar
por tecnología TIRFM; “Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy”), eliminar la miopía
por cirugía retroactiva, y desarrollar tecnología óptica médica asociada, entre otros avances.
Ilustración SciArt3D-FabLabULL. En la imagen se muestra una de las aplicaciones más importantes que tiene la técnica
de Microscopía de Fluorescencia de Reflexión Interna Total (acrónimo TIRFM de “Total Internal Reflection Fluorescence
Microscopy”) en Biología y Biomedicina empleando la proteína fluorescente verde EGFP. TIRFM permite la
visualización selectiva de la superficie de células vivas, mediante la generación de un campo evanescente que abarca desde
la membrana plasmática hasta una profundidad celular de unos 100-200 nanómetros, y examinar procesos biológicos tan
complejos como la dinámica de membrana y su morfología, la exocitosis/endocitosis y/o la infección por virus como el VIH-
1, entre otros. El TIRFM fue desarrollado por Daniel Axelrod (Universidad de Míchigan) en la década de 1980.
Ver animación 3D explicativa TIRFM de SciArt3D-FabLabULL en: https://vimeo.com/sciart3dfablabull/tirfm

3. Del espacio a nuestra casa: luz para un futuro mejor
La astrofísica actual, incluyendo la revelación sorprendente de que el universo se está
expandiendo, está alcanzando niveles insospechados de desarrollo gracias al estudio de la luz
galáctica débil. Los avances en la física de luz se están trasladando a muchos aspectos de nuestra
vida cotidiana, como es el caso de internet de banda ancha, de los lectores de discos compactos
y de códigos de barras, entre otros.
Otra revolución lumínica y energética es el LED ("Light Emitting Diode"), que es un
diodo que emite luz cuando se le aplica una corriente eléctrica. Es seguro, no contiene
elementos contaminantes como mercurio y tungsteno, no emite calor, ahorra en consumo
eléctrico, es duradero y reproduce los colores con gran fidelidad. De aquí sus grandes
aplicaciones en iluminación (hogar, linternas, automóviles, etc), indicadores de estado
(encendido/apagado), en dispositivos de señalización (de tráfico, de emergencia, etc.), en
impresoras LED, en pantallas gigantes y de cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras,
y un largo etc, entre los que se encuentra la vistosa y sofisticada iluminación navideña que anima
nuestras calles en estos días. No en vano, al LED se le denomina "una nueva luz para iluminar
el mundo".
En homenaje a la física y a los estudios y descubrimientos realizados sobre la luz, y la
importancia de las tecnologías asociadas, y su aplicación en áreas como la energía, la salud, la
educación o la comunicación, la ONU declaró 2015 como "Año Internacional de la Luz y las
Tecnologías basadas en la luz".
En definitiva, la luz nos envuelve desde tiempos ancestrales, condicionando nuestras creencias,
el arte, el avance de la ciencia, la tecnología y la industria moderna. La vida, nuestra forma de
vivir, interpretar y representar el mundo es indisociable de la luz. La ciencia permitirá que
nuestro futuro sea más brillante.
¿Sabías que ...?
El espacio está lleno de luz, a pesar de que lo vemos oscuro. Esto es porque la luz se mueve
muy rápidamente y porque no la vemos hasta que no interactúa con algo material que la hace
llegar a nuestros ojos. Por esta razón, al reflejar la luz del Sol, la Luna se deja ver en la noche.
Sin embargo, el espacio a su alrededor sigue estando oscuro. Esto es porque la luz que no
impacta en la Luna continua su viaje, y no llega hasta nosotros. Sólo vemos la luz que nos llega
de puntos brillantes en el firmamento, del destello de estrellas y galaxias lejanas o por el reflejo
de otros planetas. A propósito de esto, Empédocles propuso correctamente que la luz de la
Luna no era propia, sino reflejada... su error fue creer lo mismo de la luz del Sol.
La tecnología LiFi o "Visible Light Communications (VLC)" (Comunicaciones por Luz Visible)
permite transmitir información por el aire entre un emisor de pulsos de luz LED muy rápido
(por ejemplo, lámparas de iluminación de hogar o de calle) y un detector de estos pulsos de luz.
Los detectores van incorporados en smartphones, ordenadores portátiles o televisores. La ciudad
de Bristol en Reino Unido ya disfruta de esta sorprendente tecnología de luz.