Enrique Gracián - Construir el mundo

Fotón proviene del griego phôs , que significa luz. De ahí que palabras como, fotografía, fotofobia o fotosíntesis estén relacionadas con fenómenos luminosos. Pero esta es una parte muy pequeña de los fenómenos físicos a los que están asociados los fotones.

El fotón es una partícula subatómica que no tiene masa, ni tampoco carga eléctrica, y que viaja a través del vacío a la velocidad de la luz. Hay muchas fuentes naturales de fotones; el Sol es una de ellas. Para los seres vivos la más importante.

Nosotros también podemos fabricar fotones. Lo hacemos, por ejemplo, cada vez que encendemos una luz, cocinamos en el horno de microondas, utilizamos un mando a distancia o hablamos por el móvil. De hecho, vivimos inmersos en un mar de fotones.

Los fotones tienen energía, una energía que está directamente relacionada con su frecuencia.

¿Frecuencia?

Sí, frecuencia o longitud de onda, que viene a ser lo mismo. Sospecho que no sabes nada de movimientos ondulatorios.

Muy poca cosa.

Te voy a hacer un cursillo rápido.

¿Es necesario?

Sí. Piensa que el sistema de comunicación que utilizamos los seres humanos es casi al cien por cien audiovisual y que tanto la luz como el sonido se propagan por medio de ondas 1.

1 Otras especies, como las hormigas, que son prácticamente ciegas y sordas, utilizan sistemas basados en procesos puramente químicos.

Estás frente a un estanque en el que has colocado una hilera de corchos con una banderita encima de cada uno de ellos, como si fueran boyas de señalización. Si dejas caer una piedra en el agua verás que se forma un movimiento ondulatorio. Aparecen una serie de círculos que tienen su origen en el punto donde has dejado caer la piedra y que se van expandiendo a lo largo de todo el estanque. Si lo observas desde arriba podrás ver el movimiento de las ondas. Y si te pones a mirar al nivel del agua verás cómo las banderitas suben y bajan periódicamente. Las banderitas no se mueven horizontalmente, sino que lo hacen verticalmente en torno a su posición de equilibrio. Es importante recalcar que los corchos no navegan por el agua, se limitan a subir y bajar. Podemos interpretar este tipo de movimiento como el tráfico de una información que le dice a cada corcho en qué momento tiene que oscilar arriba y abajo. Es lo mismo que sucede en un estadio de fútbol cuando se hace la ola: esperas a que te llegue el turno, y cuando ves a tu vecino que se levanta, entonces tú también te levantas y alzas los brazos. Esa es la información que estabas esperando que te llegara. Visto desde el otro lado del estadio es como una onda que recorre todas las gradas de los espectadores, como la onda del estanque. Los espectadores no se desplazan siguiendo la dirección de la onda, se limitan a hacer un movimiento, sin abandonar el lugar en el que se encuentran.

Una onda se puede representar gráficamente así:

La distancia que hay entre los puntos más altos (o entre cualesquiera que estén en el mismo estado de vibración) es lo que se llama la longitud de onda (λ). En el caso del estanque, si calculas el número de veces que un corcho sube y baja por unidad de tiempo tendrás lo que se llama la frecuencia. Está claro que la longitud de onda y la frecuencia son uno inverso del otro, cuanto mayor sea la longitud de onda menor es la frecuencia y viceversa.

Si en el lago dejamos caer una piedra más grande, las banderitas subirán más alto. Dicho en otros términos, la onda tendrá una mayor amplitud.

El concepto de amplitud está relacionado con el de intensidad de la onda. Si se trata, por ejemplo, de una onda sonora, una mayor amplitud se traduce en que oímos el sonido más fuerte, mientras que la frecuencia está relacionada con el tono: cuanto más alta es la frecuencia, más agudo es el sonido 1.

Y aquí termina el cursillo acelerado de movimientos ondulatorios.

Volviendo al tema de las fuerzas: las partículas portadoras de la fuerza electromagnética son los fotones. Como partículas que son poseen una cierta energía y, por supuesto, una velocidad que, como ya he dicho, es la velocidad de la luz. Pero resulta que los fotones tienen asociada una onda. El asociar una onda a una partícula es un tema delicado y lo trataré luego con un poco más de detalle. De momento quedémonos con la idea de que los fotones se desplazan por medio de una onda que recibe el nombre, cómo no, de onda electromagnética. Y como toda onda tiene asociada una frecuencia. El caso es que la frecuencia de la onda y la energía de los fotones son dos magnitudes que están directamente relacionadas: cuanto mayor es la energía del fotón, mayor es la frecuencia de la onda electromagnética.

Las ondas electromagnéticas generan cierto temor en algunas personas que creen que pueden ser perniciosas para la salud. Es cierto que algunas lo son y procuramos protegernos de ellas en la medida de lo posible. Pero son solo una pequeña parte de lo que se llama el espectro electromagnético. La prueba de ello es que vivimos inmersos en un mar de ondas electromagnéticas y seguimos vivos.

1 En el caso del agua, las moléculas oscilan en dirección perpendicular a la dirección de propagación de la onda, es lo que se llama un movimiento ondulatorio transversal. Mientras que en el caso del sonido las moléculas de aire oscilan en la misma dirección de propagación de la onda, motivo por el cual reciben el nombre de ondas longitudinales.

La siguiente acción sucede en un país imaginario que está gobernado por un rey bajito, con una larga barba blanca y una corona que le viene algo grande y que está mortalmente aburrido. Le han hablado de un mono que tiene un tambor mágico con el que es capaz de hacer cosas increíbles. El rey decide invitarlo a la corte para que monte su espectáculo. El caso es que el mono, cuando toca el tambor, genera una onda electromagnética (es un cuento un tanto surrealista).

Empieza el espectáculo.

El mono mueve sus baquetas a gran velocidad, entre 3 y 30 golpes por segundo, emitiendo una onda que en física se considera de frecuencia ultra baja (una ELF, según su acrónimo en inglés), que es la que se utiliza en tecnología militar para comunicarse con los submarinos que están sumergidos bajo el agua.

Cuando sube el ritmo hasta los 300 golpes por segundo, sigue produciendo bajas frecuencias, pero con estas conseguiría comunicarse con gente que estuviera trabajando en explotaciones mineras de gran profundidad. Cuando alcanza los 30.000 golpes por segundo se encuentra ya emitiendo ondas de radio LF, de baja frecuencia, que son las que utilizan las radios de AM. Se puede decir que aquí abandonamos las tecnologías de índole estrictamente militar. Con estas ondas de radio se comunican los aviones y los barcos.

A partir de los 300.000 golpes por segundo (la velocidad que puede llegar a adquirir el mono es increíble) se producen las ondas medias, con las que la gente empezó a escuchar la radio a partir de los años veinte del siglo pasado.

Si sigue acelerando el ritmo nos volveremos a meter en altas frecuencias de uso militar. A partir del millón de percusiones por segundo empiezan las microondas, que se utilizan en radares, hornos para calentar alimentos y teléfonos móviles para calentar las orejas.