Color y calor, un binomio que nos lleva hasta los confines del universo

Hay colores de la luz que nos hacen percibir calidez y otros, que nos provocan sensación de frío. Los focos de luz cálida, rojiza, funcionan a una temperatura de 3.000K mientras que los de luz fría, azulosa, superan los 5.000K. ¿No es este un contrasentido? ¿Por qué solemos asociar una sensación de temperatura al color de la luz? ¿Qué tiene que ver esta sensación de calor o frío, con la temperatura de la fuente luminosa? ¿Qué nos dice el color de la luz acerca del universo?

Comencemos nuestro relato recordando a Wilhelm Herschel, un joven músico y soldado alemán que escapó de la “Guerra de los Siete Años” para asentarse como organista en la parroquia de Bath, en Inglaterra, donde se dedicó a su verdadera pasión: la observación astronómica. Herschel construyó enormes telescopios para poder ver más allá de nuestro sistema planetario y, junto con su hermana Carolina, elaboró compendios enteros de estrellas y nebulosas, además de descubrir el planeta Urano en 1781, el primer planeta en ser encontrado desde la antigüedad.

Como buen observador, Herschel se dio cuenta de que los filtros de diferentes colores que empleaba para analizar la luz del sol dejaban pasar diferentes cantidades de calor. Esto le hizo pensar que los colores podrían dar lugar a diferentes temperaturas, por lo que después de hacer pasar la luz solar por un prisma para producir el espectro de colores -tal como lo había hecho célebremente Isaac Newton más de un siglo atrás-, colocó los dos termómetros en diferentes partes del espectro. Así notó que las temperaturas producidas por el violeta, azul, verde, amarillo, naranja, rojo... iban en aumento. Para su sorpresa, al colocar un termómetro un poco más allá del rojo, donde ya no llegaba luz, se encontró con que indicaba la temperatura más alta de todas.

Experimentando con los invisibles “rayos caloríficos”, como el propio Herschel los llamó, observó que se reflejan, refractan y absorben de la misma manera como la luz visible, de donde concluyó que son una forma de luz -o radiación-, más allá de la roja. El siglo XIX nace, así, con un gran descubrimiento: el de la radiación infrarroja, invisible a nuestros ojos pero capaz de calentarnos. Ahora sabemos que este calentamiento que produce la radiación infrarroja en el material que la absorbe, se debe a que tiene justo la energía suficiente para poner en agitación los átomos y las moléculas del material, lo cual se traduce en calor. No en vano empleamos luces rojizas para crear ambientes cálidos...

Muy poco tiempo después, en 1801, fue descubierta por Johann Ritter, también alemán, una luz invisible del otro lado del espectro, más allá del violeta. El descubrimiento de la luz ultravioleta no se debió al calor que produce, que es mucho menor, sino a sus efectos sobre ciertos compuestos químicos, tales como el ennegrecimiento de las sales de plata. Esta observación particular significaba que podían fijarse imágenes luminosas sobre una placa cubierta de un compuesto de plata, lo que dio origen a la fotografía en manos de Nicéforo Niepce. Esta capacidad que tiene la luz ultravioleta de producir transformaciones o reacciones químicas se debe a que tiene, justo, la energía suficiente para ello, por ello debemos cuidarnos de la exposición a los rayos ultravioleta, especialmente durante la estación que nos conicerne, el verano.

En el transcurso del siglo XIX, el estudio del espectro de las radiaciones y de sus respectivas aplicaciones se fue ampliando y diversificando, para abarcar desde las de longitud de onda más corta -los rayos gamma- hasta las de longitud de onda más larga -las ondas de radio-. Los resultados de estas investigaciones fueron sintetizados de manera espléndida por el físico escocés James Maxwell en cuatro sencillas leyes que relacionan los fenómenos eléctricos y magnéticos. Estas leyes muestran que toda la luz -la visible y la invisible- es radiación electromagnética que se propaga a la velocidad de 300.000km/s, inalcanzable por cualquier objeto material.

La temperatura de las fuentes
En tanto que astrónomos y físicos medían la temperatura que producen luces de diferentes colores al incidir sobre una superficie, los químicos se dedicaron a producir radiaciones de diferentes colores variando la temperatura de combustión de los materiales. Así llegaron a otro gran descubrimiento: todo material radía, cualquiera que sea su temperatura. El color y la intensidad de la radiación dependen de la temperatura del material emisor, de tal manera que el máximo de la intensidad se desplaza hacia el azul conforme se eleva su temperatura, y este desplazamiento sigue una ley sencilla: a mayor temperatura (T), menor la longitud de onda (λm) del máximo, o sea λmT = constante .

Tan precisa es esta ley, que mediante el análisis de la curva de intensidad de la radiación solar, cuyo máximo se encuentra en la zona amarilla del espectro, puede determinarse la temperatura de la superficie del Sol: 5.778K.
Nuevamente los astrónomos aprovechan el color de la luz, esta vez para determinar la temperatura de emisión de las estrellas. Algunas de las enanas blancas, que son estrellas viejas en su última fase de evolución, alcanzan temperaturas de superficie superiores a los 30.000K y emiten, por lo tanto, una cantidad apreciable de rayos X.



Sin ir tan lejos, el análisis del color de la radiación sirve para medir indirectamente las temperaturas en los altos hornos: cuanto más blanca es la luz que emiten, más alta es la temperatura, que puede llegar a ser de 1.500K. Asimismo, y sin ir tan alto, nos sirve el color de la luz invisible para medir la temperatura de los objetos a nuestro alrededor, inclusive de las diferentes partes de nuestro propio cuerpo, sin la necesidad del tradicional termómetro. En sectores tan diversos como la industria manufacturera, la construcción, la medicina, las comunicaciones, los servicios, la defensa, la vulcanología y la meteorología, los modernos termómetros se emplean para inferir la temperatura de superficie de un material mediante el análisis de la radiación emitida, sin necesidad de entrar en contacto con él.

Cabe mencionar que fue justamente el análisis termodinámico de las curvas de intensidad de la radiación térmica, lo que condujo al físico alemán Max Planck apostular en 1900 que esta radiación se intercambia entre los átomos del material por paquetitos de energía -los llamados cuantos de luz-. Puede decirse, por ello, que fue la investigación a fondo de la relación entre color, intensidad y temperatura lo que dio origen a la física cuántica, la que constituye el núcleo de la física contemporánea y de sus múltiples aplicaciones. Por su trabajo pionero en este campo, Max Planck fue galardonado en 1918 con el Premio Nobel de Física.

Fruto de estos y muchos otros estudios reveladores, os sugerimos que, sea cual sea el destino de vuestras merecidas vacaciones, ¡os protejáis a conciencia de la luz de los rayos del sol!