1785, Francia. Ocurren tres hechos de enormes consecuencias para las generaciones venideras. El rey Luis XVI, aparentemente influenciado por su esposa María Antonieta, que tenía problemas para aceptar los distintos tamaños y formas de los pañuelos que los ostentosos nobles usaban, decretó que todos los pañuelos debían ser cuadrados. En septiembre, un joven nacido en Córcega comenzaba su carrera militar, siendo nombrado teniente de la artillería francesa: Napoleón Bonaparte. Y ese mismo año, Jacques Fresnel, arquitecto, fue empleado por el mariscal de Francia durante el reinado de Luis XVI, Víctor-Francois, Segundo Duque de Broglie, para trabajar en su castillo.
Nadie podía adivinar entonces que ese decreto convertiría al pañuelo en un accesorio cómodo para todo bolsillo, imprescindible pieza de vestuario por siglos. Ni que ese joven militar sería el dueño de Europa. Ni que esa trivial contratación desembocaría en el nacimiento de uno de los científicos más notables de la Historia, cuyas contribuciones e inventos modificarían las vidas de sus contemporáneos y las nuestras.
Nace una estrella
El 10 de mayo de 1788 nació Augustin-Jean Fresnel, hijo del arquitecto Jacques y de Augustine Mérimée, hija del capataz de las tierras del Duque de Broglie. Al año siguiente, la Revolución Francesa cambiaría el país para siempre. Eventualmente, Luis XVI y María Antonieta serían ejecutados.
Hasta 1814, Augustin trabajaba como ingeniero. Napoleón había construido un imperio, pero, derrotado en Leipzig, fue exiliado y volvió la monarquía a Francia. En 1815 Napoleón escapó y regresó al poder. Augustin se había puesto del lado del rey, y perdió su puesto de ingeniero. Sin trabajo, Augustin tuvo tiempo de dedicarse a una afición adquirida el año anterior: el estudio de la luz.
En este período, se convenció de que la teoría ondulatoria de la luz era correcta, y no la popular teoría corpuscular del invencible Newton (más sobre esta polémica en
“El Año de la Luz”). Y aunque la derrota definitiva de Napoleón en la batalla de Waterloo, en 1815, hizo que Fresnel recuperara su puesto como ingeniero, éste continuó su investigación, dejando un enorme legado en el campo de la Óptica que tanto le fascinó.
Sin ondas no hay difracción
Cuando una ola encuentra un obstáculo (un bote, una roca), lo rodea y continúa su camino. Esa capacidad de rodear obstáculos, sin seguir su trayectoria rectilínea inicial, se llama difracción, y es propia de todas las ondas.
A principios del siglo XIX, dominaba la idea newtoniana de que la luz era partículas. Christiaan Huygens propuso su teoría ondulatoria en 1678, pero recién en 1801 Thomas Young realizó experimentos que la favorecían claramente. Por su parte, y aparentemente sin conocer al comienzo los trabajos de Huygens y Young, Fresnel desarrolló una teoría ondulatoria de la luz, realizó experimentos, y elaboró la compleja descripción matemática para entenderlos. Luego de tres años de trabajo, en 1818 presentó su “Memoria sobre la Difracción de la Luz” a la Academia de Ciencias francesa.
Uno de los evaluadores fue Pierre-Simon Laplace, otro gran (con mayúscula) científico francés, y que curiosamente en ese lejano 1785 había aprobado el examen de Napoleón en el Cuerpo Real de Artillería. El brillante trabajo de Fresnel no sólo fue aceptado, sino que recibió el Gran Premio de la Academia. De hecho, fue su obra la que convenció a muchos (partiendo por sus evaluadores, muchos a favor de Newton) de que el modelo ondulatorio de la luz era el correcto.
Ratatouille y Scooby-Doo
Fresnel también describió matemáticamente, en detalle, la suerte de la luz cuando cambia de un medio a otro. Las hoy llamadas ecuaciones de Fresnel permiten conocer la dirección y la intensidad de la luz cuando incide sobre, por ejemplo, un metal, un cristal o el agua. Dichas ecuaciones son utilizadas por software de animación computacional, precisamente para darle realismo a las superficies bajo distintas condiciones de iluminación, en particular al agua, que es especialmente difícil de simular. ¿Qué habría sido de esas gloriosas escenas con las calles húmedas de París en Ratatouille, sin las ecuaciones de Fresnel? Sin ellas, el agua se ve plástica, artificial.
En 1819, un año después de su “Memoria”, fue nombrado comisionado de faros (sí, ésos donde viven los viejos huraños de Scooby Doo). Fiel a su estilo, resolvió un antiguo problema. En una época en que los faros eran imprescindibles para navegar, su luz debía verse desde muy lejos, para lo cual, por ejemplo, se colocaba una fuente de luz junto a un sistema de espejos o lentes curvos, que permitían concentrar la luz y enviarla como un potente haz a grandes distancias. Pero aumentar el alcance significaba construir aparatos cada vez más grandes. Y pesados. Y caros.
Fresnel, en cambio, diseñó un lente cuya superficie no es suave, sino llena de saltos, algo así como un serrucho mirado de lado, donde el ángulo de cada “diente” está calculado para dirigir la luz en una única dirección. Ingenioso diseño que permite construir lentes pequeños y delgados, pero capaces de generar un potente haz para guiar a las naves en la oscuridad de la noche.
El primer lente de este tipo en un faro fue instalado en 1823, y desde entonces han encontrado innumerables aplicaciones, no sólo en faros hasta nuestros días, sino también en sistemas de proyección, luces de lectura en aviones (para tener haces bien dirigidos que no molesten a los pasajeros vecinos), o en semáforos, para mejorar su visibilidad desde la distancia.
El círculo se ha cerrado
Fresnel falleció de tuberculosis a los 39 años, el 14 de julio de 1827, justo en el aniversario número 38 de la Revolución que tanta inestabilidad le significó en su corta vida. Dejó un legado enorme, en particular por establecer firmemente la naturaleza ondulatoria de la luz.
Aunque siempre la vida nos depara una última i
ronía. La Mecánica Cuántica, a comienzos del S. XX, convenció a los científicos de que la luz, después de todo, es tanto partícula como onda, y que de hecho todas las partículas se comportan también, a escala microscópica, como ondas. Concepto que hoy conocemos como dualidad onda-partícula, y que fue propuesto en 1924 por Louis de Broglie, uno de los fundadores de la Mecánica Cuántica, premio Nobel en 1929, y Séptimo Duque de la Casa de Broglie, tataratataranieto del Segundo Duque de Broglie, quien al querer reparar su castillo comenzó toda esta fascinante historia. ¿No es el mundo un pañuelo?
Fuente: Ondas de Blog (Blog del Departamento de Física, Universidad de Chile)