ir a la navegación

Holografía: arte con la luz 20 mayo 2015

Publicado por Augusto en Año de la Luz-2015, Divulgación, Historia de la Física , añadir un comentario

2015, Año de la Luz y de las Tecnologías basadas en la Luz.

Stephen Benton (1941-2003), uno de los pioneros de la holografía, señaló en más de una ocasión que “es la intersección de arte, ciencia y tecnología lo que hace la holografía tan interesante”. Lo cierto es que junto con innumerables aplicaciones científicas y tecnológicas en ámbitos muy diferentes, la holografía es uno de los pocos campos científicos que ha proporcionado un medio para el arte.

BENTON VISION 2003: Embossed hologram originated by Zebra Imaging and manufactured by Toppan Printing Co., to celebrate the life of Stephen A Benton, 1942-2003 (Johnattan Ross-Hologram collection).

La holografía permite producir imágenes tridimensionales y consta de dos etapas denominadas registro y reconstrucción. Los fundamentos físicos de la holografía se encuentran en la naturaleza ondulatoria de la luz: el fenómeno de las interferencias en la etapa de registro y el de la difracción en la reconstrucción. En la etapa de registro se almacena en un material de registro el diagrama interferencial de una onda proveniente de un objeto cuando éste es iluminado con la luz del láser con una onda de referencia proveniente del mismo láser. El medio de registro impresionado y procesado si fuera necesario, es lo que constituye el holograma, del griego “holos”, que significa “la totalidad”. En la etapa de reconstrucción se ilumina el holograma con un láser y se obtienen una imagen virtual y otra real del objeto. De esta forma, mirando a través del holograma veremos una imagen tridimensional del objeto.

Una diferencia fundamental con la fotografía es que ahora en vez de almacenar la imagen bidimensional del objeto formada por una lente o sistema de lentes, se almacena información suficiente para poder reconstruir la onda objeto misma. Puede decirse que la holografía permite “congelar” la onda procedente del objeto y posteriormente “ponerla otra vez en marcha”. Un holograma es ciertamente como una “ventana con memoria”. Como consecuencia, no se pierde el carácter tridimensional de los objetos. Se podría mover la cabeza un poco y mirar alrededor del objeto para poder ver detrás de él, de modo que los efectos de paralaje son evidentes.

La holografía fue inventada en 1947 por Dennis Gabor (1900-1979), un ingeniero húngaro afincado en Inglaterra, por la que recibió el Premio Nobel de Física en 1971. Sin embargo, la idea de Gabor no habría pasado de ser, como se dice en inglés, un “white elephant”, un “elefante blanco”, un objeto superfluo y sin utilidad, si no hubiera sido por la aparición de dos nuevos personajes en escena: Yuri Denisyuk (1927-2006) en la antigua Unión Soviética y, sobre todo, Emmett Leith (1927-2005) en los Estados Unidos.

Gracias al láser inventado en 1960 por Theodore Maiman (1927-2007) se dispuso de luz con la coherencia necesaria para el registro de hologramas de gran calidad y abrió la puerta a numerosas aplicaciones. Utilizando un láser Leith y Upatnieks realizaron en 1964 el primer holograma de un objeto tridimensional –un pequeño tren de juguete– con ayuda de una nueva técnica que ellos mismos habían inventado: el holograma fuera de eje. Combinando la luz del láser con la técnica fuera de eje habían abierto el mundo de la holografía al mundo real de los objetos tridimensionales.

Holograma del tren: primer holograma de un objeto tridimensional realizado por Leith y Upatnieks en 1964.

En las casi dos décadas transcurridas entre 1947 y 1964 la holografía era un collage construido desde distintas perspectivas. La visión excitante en 1964 del holograma tridimensional de Leith y Upatnieks reactivó de “forma explosiva” el interés por la holografía. Gracias a ese pequeño tren de juguete, cientos de investigadores empezaron a relacionar estos tres trabajos y en los años siguientes a la presentación del holograma del tren se publicaron más de mil artículos científicos sobre el registro de hologramas.

La primera exposición de holografía artística tuvo lugar en Michigan en 1968 y la segunda en Nueva York en 1970. En 1971 comenzó una escuela de holografía en San Francisco, en la que científicos, ingenieros y artistas podían aprender la nueva técnica. De este modo la holografía se convirtió en un ejemplo inusual de campo científico en el que participaron en su desarrollo grupos de personas de muy distinta procedencia.

El ya mencionado Stephen Benton, pieza clave en el desarrollo de la holografía moderna y no sólo por sus contribuciones científicas, sino que también destaca su faceta artística, señaló que “la creatividad no pertenece solamente al dominio del arte, existe en todas las áreas de nuestra existencia y uno de los aspectos más interesantes de la holografía es la relación simbiótica que se da entre las ciencias y las artes”.

En 1966 Leith y Upatnieks realizaron un holograma en colaboración con el fotógrafo y artista Fritz Goro (1901-1968) para la revista Life y en el año 1968 se publicó en la revista Leonardo el artículo “Holography: A New Scientific Technique of Possible Use to Artists” que señalaba la posibilidad de utilizar la holografía como una nueva forma de arte y enseguida algunos artistas se adentraron en la aventura holográfica. Una de las más importantes es la artista británica Margaret Benyon que empezó en la holografía ese año de 1968 y de la que algunos de sus hologramas pueden verse en la imagen. La holografía posee un innegable interés como una de las técnicas más revolucionarias de creación de imágenes tridimensionales y su capacidad de atracción-fascinación es enorme. Frente al espacio estático y constante de la pintura o la fotografía, el espacio holográfico implica el movimiento del espectador y una variación de la imagen en tanto en cuanto se producen ángulos de visión distintos en la percepción dinámica de la imagen holográfica.

Conjugal series – 1983 – Margaret Benyon.

El artista japonés Hiro Yamagata expuso entre 2004 y 2005 la obra titulada “Campo cuántico-X3″ en el exterior del Museo Guggenheim de Bilbao. Se trataba de dos cubos cubiertos con paneles holográficos cuyo color cambiaba en función de la dirección y el ángulo en el que incidían los rayos de Sol así como dependiendo de la posición del observador.

Proyecto de instalación de Campo cuántico-X3 en el Museo Guggenheim de Bilbao de Hiro Yamagata (página Web del Museo Guggenheim).

La holografía también se utiliza en los museos para sustituir algunos objetos delicados y valiosos por hologramas de los mismos o para sustituir los objetos originales por hologramas en exposiciones itinerantes. Por ejemplo, en 1984 se realizaron en la Universidad de Alicante una serie de hologramas de reflexión sobre el tesoro de Villena y hologramas de este tipo se han utilizado en varios países para la conservación de obras de arte consideradas tesoros arqueológicos a través de un vasto programa de colaboración entre físicos y museólogos. La fidelidad en la reproducción de formas, colores y brillos es tan espectacular que es difícil decir si lo que se ve es el objeto detrás de una ventana de vidrio o una reproducción holográfica.

Hologramas del tesoro de Villena realizados en la Universidad de Alicante en 1984.

Hologramas del tesoro de Villena realizados en la Universidad de Alicante en 1984.

Todos sabemos quien es Salvador Dalí (1904-1989), artista surrealista y genio excéntrico que, por cierto apareció recreado en uno de los últimos capítulos de la serie de televisión “El ministerio del tiempo” cuando los protagonistas hacían su viaje temporal a la época dorada de la Residencia de Estudiantes de Madrid en la década de los veinte del siglo pasado. Pues bien, a lo mejor me equivoco, pero estoy casi seguro que una gran mayoría de no sabrá que Salvador Dalí también hizo una incursión en el mundo de la holografía. Entre 1971 y 1976 Salvador Dalí y el artista sudafricano Selwyn Lyssack colaboraron en la realización de siete hologramas titulados:

Para ello contaron con la ayuda de Conductron Engineers para producir hologramas con láseres pulsantes y con Multiplex Company para hacer esterogramas holográficos. El propio Dalí hizo una exposición en la Galería Knoedler de Nueva York en 1972 y otra en 1973 que incluía hologramas y a la que asistió el propio Gabor. En enero de 2014 la revista “SPIE Professional Magazine” publicó el artículo de Selwyn Lissack titulado “Dali in holographic space: A collaboration of art and science” en el que habla de su colaboración con Dalí.

Selwyn Lissack y Salvador Dalí.

Uno de los hologramas realizados en 1973 se titula “Brain of Alice Cooper”, y es un estereograma holográfico de Alice Cooper, cantante de hard rock y heavy metal nacido en 1948 y auténtico icono del rock.

Holograma “Brain of Alice Cooper” realizado en colaboración por Salvador Dalí y Selwyn Lissack en 1973.

Otro de los hologramas concebidos por Dalí en 1975 se titula “Melting clock”. Sin embargo, no fue realizado hasta 2003 por Selwyn Lyssack a partir del boceto original de Dalí. Pues bien, tanto el boceto de Dalí como el holograma fueron subastados el año pasado en Sotheby’s. Se estimaba vender el lote entre 100.000 y 150.000 dólares. Al final se vendió por 269.000 dólares.

“Melting clock”: boceto de Dalí de 1975 y holograma realizado por Selwyn Lyssack en 2003 que fueron subastados en 2014 (página Web de la Galería Sotheby’s).

MÁS INFORMACIÓN

Selwyn Lissack, “Dalí in holographic space: A collaboration of art and science”, SPIE Professional January 2014.

Sean F. Johnston, Holographic Visions: A History of a New Science (Oxford University Press, Oxford 2006).

Augusto Beléndez, Holografía: ciencia, arte y tecnología (Lección inaugural, Universidad de Alicante, curso 2007-08).

¡Feliz cumpleaños láser! 16 mayo 2015

Publicado por Augusto en Año de la Luz-2015, Divulgación, Historia de la Física , comentarios cerrados

2015, Año de la Luz y de las Tecnologías basadas en la Luz.

Tal día como hoy de hace cincuenta y cinco años, el 16 de mayo de 1960, el físico e ingeniero estadounidense Theodore Maiman (1927-2007) obtuvo la primera emisión láser, lo que dio lugar a uno de los más importantes y versátiles instrumentos científicos de todos los tiempos.

Theodore Maiman

Esta fecha es, por tanto, muy importante no sólo para los que desarrollamos nuestra investigación en el campo de la óptica y para otros investigadores de otras áreas que también utilizan láseres en su trabajo, sino también para el público en general, el cual prácticamente todos los días está en contacto con dispositivos provistos de láseres. Los reproductores de CD, DVD y Blu-ray, las impresoras láseres, los lectores de códigos de barras utilizados en muchos comercios o los sistemas de comunicaciones por fibra óptica que conectan la red global de Internet son sólo algunos ejemplos de aplicación del láser en nuestra vida cotidiana. También el láser tiene importantes aplicaciones biomédicas, como en la eliminación de la miopía, el tratamiento de ciertos tumores y hasta para el blanqueamiento dental. Incluso el láser se utiliza los centros de belleza que continuamente nos bombardean con anuncios sobre depilación láser, tan de moda en los tiempos que corren. Sin embargo, el láser es de gran importancia, no sólo por sus múltiples aplicaciones científicas y comerciales o por ser la herramienta fundamental de diversas tecnologías punteras, sino porque fue un factor crucial en el renacer de la óptica que tuvo lugar en la segunda mitad del siglo pasado. Alrededor de 1950 muchos consideraban la óptica como una disciplina científica con un gran pasado, pero sin visos de tener un gran futuro. En aquellos años eran los artículos científicos de otras áreas de la Física los que copaban las revistas más prestigiosas. Sin embargo, el láser cambió esta percepción de forma drástica y dio lugar a un desarrollo nuevo y vigoroso de la óptica. Puede afirmarse, sin riesgo a equivocarse, que el láser fue el revulsivo que reactivó muchos campos de la óptica de forma «explosiva» y dio lugar a otros nuevos como la optoelectrónica, la óptica no lineal o las comunicaciones ópticas.

Pero, ¿qué es un láser? Se trata de un dispositivo capaz de generar un haz de luz que posee una intensidad mucho mayor que la luz emitida por cualquier otro tipo de fuente luminosa. Además presenta la propiedad de la coherencia de la que, por lo general, carecen los haces luminosos ordinarios. La dispersión angular del haz del láser es también mucho más pequeña por eso observamos la emisión del rayo láser como un delgado haz rectilíneo de luz cuando es dispersado por las partículas de polvo que nos rodean. Pero dejemos a un lado las cuestiones técnicas, más propias de otro tipo de publicaciones, y centrémonos en otros aspectos sobre la invención del láser, no por ello menos importantes, aunque seguramente más interesantes para el público en general. La palabra láser es en realidad un acrónimo formado por las iniciales de «Light Amplification by Stimulated by Emission Radiation» (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) y el término fue acuñado en 1957 por el físico estadounidense Gordon Gould (1920-2005), de la compañía privada Technical Research Group (TGR), el que cambió la «M» de Máser por la «L» de Láser.

En el detalle de la imagen se puede leer la frase «some rough calculations on the feasibility of a LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» (manuscrito de Gordon Gould, 1957).

El desarrollo del láser tiene sus orígenes en un artículo de Einstein sobre emisión estimulada de la radiación de 1916 («Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie», Emission and absorption of radiation in Quantum Theory). Pero fue un artículo publicado el 15 de diciembre de 1958 por dos físicos, Charles Townes (fallecido el pasado 27 de enero a los 99 años de edad) y Arthur Schawlow, y titulado Infrared and Optical Masers, el que puso las bases teóricas que permitieron a Maiman construir el primer láser en 1960 en los Hughes Research Laboratories (HRL), en Malibú, California. Maiman utilizó como medio activo un cristal cilíndrico de rubí sintético de un centímetro de largo, con sus bases espejadas, constituyendo el primer resonador óptico activo de la historia. Imagino que no será conocido el hecho de que Hughes Research Laboratories fue una compañía privada de investigación fundada en el año 1948 por el magnate Howard Hughes, excéntrico multimillonario, aviador, ingeniero autodidacta, productor de Hollywood y empresario, al que diera vida en el cine Leonardo DiCaprio en la película de 2004 El aviador dirigida por Martin Scorsese. Los ejecutivos de los Hughes Research Laboratories dieron a Maiman un plazo de nueve meses, la cantidad de 50.000 dólares y un ayudante para que consiguiera la primera emisión láser. Maiman pensó utilizar una lámpara de un equipo de proyección de cine para excitar ópticamente el medio activo, pero fue precisamente su ayudante, Irnee D’Haenes, el que tuvo la idea de iluminar el cristal de rubí con un flash fotográfico.

Una vez conseguida la primera emisión láser, Maiman envió un breve artículo a la prestigiosa revista de Física, Physical Review, pero los editores no lo aceptaron aduciendo que esta publicación había anunciado que se estaban recibiendo demasiados artículos sobre máseres –el antecesor del láser en la región de las microondas- y había decidido que en el futuro todos los artículos sobre este tema serían rechazados, al no merecer ser publicados con urgencia. Maiman entonces remitió su artículo a la prestigiosa revista británica Nature, realmente aún más selectiva que Physical Review, dónde el artículo sobre la primera emisión de la luz láser vió la luz (nunca más adecuada esta expresión que en este caso) el 6 de agosto de 1960 en la sección Letters to Nature bajo el título Stimulated Optical Radiation in Ruby, siendo Maiman su único autor.

El primer láser de Maiman, desmontado entre las que seguramente son sus manos en una imagen de 1987. © Cortesía de Hughes Research Laboratories.

Este artículo consta apenas de 300 palabras y ocupa poco más de una columna, por lo que quizás sea el artículo especializado más breve jamás publicado sobre un desarrollo científico de tal magnitud. En un libro editado para celebrar el centenario de la revista Nature, Townes calificó el artículo científico de Maiman como «el más importante por palabra de todos los artículos maravillosos» que la prestigiosa revista había publicado en sus cien años de historia. Con la aceptación oficial del artículo de Maiman en Nature, los laboratorios Hughes hicieron pública la noticia del funcionamiento del primer láser en su empresa convocando a los medios en una conferencia de prensa en Manhattan el 7 de julio de 1960.

Transcurrió muy poco tiempo desde que el láser pasara de ser una curiosidad sin aplicaciones a convertirse en una fuente casi inagotable de nuevos avances científicos y desarrollos tecnológicos de gran calado. De hecho, el primer láser comercial llegó al mercado apenas un año después, en 1961, año en el que también se pusieron a la venta los primeros láseres de He-Ne, probablemente los más conocidos y utilizados desde entonces. En esos primeros años entre 1960 y 1970 ninguno de los investigadores que trabajaron en el desarrollo del láser -la mayoría en laboratorios de empresas privadas como los ya mencionados de Hughes, los de IBM, General Electric o los laboratorios Bell- podía haber imaginado de qué forma los láseres transformarían en los siguientes cincuenta y cinco años, no sólo la ciencia y la tecnología, sino nuestra vida cotidiana.

El laser cumple 50 años_foto

Vídeo de la conferencia “Holografía: arte, ciencia y tecnología con la luz” 15 mayo 2015

Publicado por Augusto en Año de la Luz-2015, Divulgación, Historia de la Física , comentarios cerrados

Vídeo de la conferencia “Holografía: arte, ciencia y tecnología con la luz” impartida el 14 de mayo de 2015 en la Sede de Alicante de la Universidad de Alicante y que se enmarca dentro del ciclo de conferencias organizadas  con motivo del “Año Internacional de la Luz y de las Tecnologías basadas en la Luz” por la Sección de Alicante de la Real Sociedad Española de Física, la Sociedad Española de Óptica, la Universidad de Alicante y la Universidad Miguel Hernández de Elche.

James Clerk Maxwell, the man who changed the world forever 14 mayo 2015

Publicado por Augusto en Año de la Luz-2015, Biografías, Divulgación, Historia de la Física , comentarios cerrados

150th anniversary of the electromagnetic theory of light

In 1865, the Scottish physicist James Clerk Maxwell published an article titled A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field, which not only included the electromagnetic field equations (today known as «Maxwell’s equations»), but also predicted the existence of electromagnetic waves moving at the speed of light, and presented the electromagnetic theory of light. In this article he stated: «it seems we have strong reason to conclude that light itself (including radiant heat, and other radiations if any) is an electromagnetic disturbance in the form of waves propagated through the electromagnetic field according to electromagnetic laws». He was not wrong. Then, in 2015, we celebrate the 150th anniversary of the electromagnetic theory of light, which is one of the milestones commemorated in the International Year of Light and Light-Based Technologies (IYL 2015).

Maxwell is considered as one of the most important scientists of all time and one of the greats in the history of physics, along with Newton and Einstein. Undoubtedly, his more important scientific contribution is the theory of the electromagnetic field, fundamental not only for the comprehension of natural phenomena, but also for its technical application, in particular in the today ever-present telecommunications field. He was born in Edinburgh on 13 June 1831 to a well-established family. In 1847, he enrolled at Edinburgh University and, three years later, he went up to the University of Cambridge, where he graduated as Second Wrangler in the Mathematical Tripos of 1854 and he won the Smith’s Prize. In 1856, Maxwell got the Chair of Natural Philosophy at Marischal College in Aberdeen, where he spent four years and he married Katherine Mary Dewar. In 1860, he left Aberdeen to occupy another professorship in King’s College, London. However, Maxwell resigned his King’s professorship voluntarily in 1865, mid session, and went back to his Scottish estate in Glenlair. He wrote his magnus opus there, A Treatise on Electricity and Magnetism, published in 1873 and peak of nineteenth century physics. In his Treatise Maxwell manages to unify all known phenomena at the moment regarding electricity and magnetism. In 1871, he was appointed to take up the newly created Professorship of Experimental Physics at the University of Cambridge, and he became the first director of a new research centre, the Cavendish Laboratory. In 1877, Maxwell’s health started to fail. He passed away due to an abdominal cancer on 5 November 1879. He was 48.

maxwell

Maxwell left us contributions to colour theory, optics, Saturn’s rings, statics, dynamics, solids, instruments and statistical physics. However, his most important contributions were to electromagnetism. As has been mentioned at the beginning, in 1865 he published A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field –probably his most important paper–, where he presented a complete electromagnetic theory and which included twenty equations he called «General Equations of the Electromagnetic Field». These equations, which summarised the experimental laws of electromagnetism, provide a complete theoretical basis for the treatment of classical electromagnetic phenomena. In 1884, Oliver Heaviside rewrote the twenty equations of the electromagnetic field using vectors into the today’s modern notation: the four equations of electromagnetic field. Since then, these equations were known as Hertz- Heaviside’s equations or Maxwell-Hertz’s equations, until 1940 when Albert Einstein coined the term «Maxwell’s equations» that we use today. The Austrian physicist Ludwig Boltzmann considered them such beautiful equations in their simplicity and elegance that, with a quote from Goethe’s Faust, he asked himself: «War es ein Gott, der diese Zeichen schrieb?» (Was it a god who wrote these signs?).

In the sixth part of his 1865 paper «Electromagnetic Theory of Light», Maxwell concludes: «light and magnetism are affections of the same substance, and that light is an electromagnetic disturbance propagated through the field according to electromagnetic laws.» As Arthur Zajonc pointed out in his book Catching the Light, «In this single sentence, Maxwell proposed a profound change in our image of light, one is which light, electricity, and magnetism would now, and forever after, be entwined. Two arenas of physics, which to all outward appearances have nothing in common, were to be united.» When he wrote «affections of the same substance», that substance was the ether. Although Maxwell’s mathematical formulation did not require the ether, it was still omnipresent. He proved that the equations of the electromagnetic field could combine into a wave equation and suggested the existence of electromagnetic waves. Calculating the speed of propagation of these waves, he obtained the value of the speed of light, and concluded that it was an electromagnetic wave. Maxwell deduced that electromagnetic waves are transverse waves and he got what is now known as «Maxwell relation» between the refractive index of a medium and the square root of its dielectric constant. In 1888, nine years after Maxwell’s death, Heinrich Hertz probed experimentally the existence of electromagnetics waves. This meant not only the confirmation of Maxwell’s theory but also a win over telegraph engineers as William Preece, Engineer-in-Chief of the British General Post Office, which denied the applicability of Maxwellian physics to engineering. If Maxwell had lived in 1901 when the Italian engineer Guiglielmo Marconi made the first transatlantic radio communication –using the electromagnetic waves whose existence Maxwell had predicted in 1865– perhaps Maxwell’s fame would be far greater today.

Electromagnetic spectrum with visible light highlighted (Author: Philip Ronan)

With his work, Maxwell unified electricity, magnetism and light, which are known as Maxwell’s synthesis. Such a synthesis set a milestone in the history of the unification of forces that were so powerful that many nineteenth-century physicists thought the physical laws were already sufficiently comprehended. This led physicist Albert Michelson to write in 1903: «The more important fundamental laws and facts in physical sciences have all been discovered, and these are now so firmly established that the possibility of their ever being supplanted in consequence of new discoveries is exceedingly remote … Our future discoveries must be looked for in the sixth place of decimals.» Nothing could be further from the truth. In the first years of the twentieth century there were two Kuhnian paradigm shifts in physics: Planck’s quantum theory (1900) and Einstein’s theory of special relativity (1905), both consequences of Maxwell’s electromagnetic theory, which laid the groundwork for these two revolutionary ideas. It is clear that Maxwell opened the doors for twentieth century physics.

Although Maxwell’s work on electromagnetism was essential, it had got some limitations, like trying to reconcile Newtonian mechanics and Maxwellian electromagnetism. This problem was finally solved in 1905 when Einstein published his theory of special relativity. Even Einstein recognised «the special theory of relativity owes its origins to Maxwell’s equations.» In 1931, at the centenary of Maxwell’s birth, Einstein claimed: «one scientific epoch ended and another began with James Clerk Maxwell» and «the work of James Clerk Maxwell changed the world forever.»

More information:

A. Beléndez, “Electromagnetic Unification: 150th Anniversary of Maxwell’s Equations”, Mètode Nº 84, Winter 2014/15.

Any Internacional de la Llum i de les Tecnologies Basades en la Llum 7 mayo 2015

Publicado por Augusto en Año de la Luz-2015, Divulgación, Historia de la Física, Investigación , comentarios cerrados

L’ésser humà sempre ha sentit i segueix sentint una gran fascinació per la llum, gràcies a aquests magnífics òrgans del cos humà que són els ulls. Fenòmens lluminosos com l’arc de Sant Martí, l’aurora boreal, el parheli, la fata Morgana o simplement les eixides i postes de Sol ens continuen meravellant com ja succeïa amb els nostres avantpassats. La veritat és que la llum afecta cada dia de la nostres vides. És evident que la llum emesa pel Sol té un paper fonamental en el desenvolupament de la vida a la Terra i és la principal font d’energia del nostre planeta. A la pregunta «què rebem del Sol?», immediatament contestaríem «llum i calor», i fins i tot n’hi ha qui afegiria «rajos ultraviolats», dels quals, per sort per a la nostra salut, l’atmosfera terrestre ens protegeix en una mesura més o menys gran. No obstant això, realment no es tracta de tres coses diferents, sinó que és només una: energia en forma d’ones electromagnètiques amb longituds d’ona corresponents a les radiacions visible, infraroja i ultraviolada, que produeixen en els nostres cossos efectes i sensacions diferents.

El 20 de desembre de 2013, l’Assemblea General de les Nacions Unides va proclamar el 2015 «Any Internacional de la Llum i de les Tecnologies Basades en la Llum» per a fer palès el paper fonamental que exerceix la llum i les seues tecnologies en totes les activitats humanes. La llum és a l’origen de la vida, ha inspirat la bellesa, pintors, poetes, arquitectes…, i és essencial en fotografia, cinema, teatre o televisió, perquè no hi ha dubte que afecta la resposta emocional de l’audiència. N’hi ha prou amb mirar al nostre voltant per a comprovar que les nombroses aplicacions de la llum han revolucionat la societat a través de la ciència, l’enginyeria, l’arquitectura, la medicina, les comunicacions, la cultura, l’art i fins i tot l’oci.

Avui dia, l’òptica i les seues tecnologies han eixit de les universitats i dels laboratoris de recerca i formen part de la nostra vida quotidiana. Les trobem en hospitals i indústries de tota mena. L’òptica s’ha convertit en una de les disciplines científiques amb un dels futurs més estimulants i prometedors, i les indústries relacionades amb la llum són autèntics motors econòmics que mouen centenars de milers de milions d’euros a tot el món. Des de la invenció del làser el 1960, un dels instruments científics més importants i versàtils, l’òptica i la fotònica satisfan cada vegada més necessitats de la humanitat en molts vessants. Donen accés a la informació, faciliten les comunicacions, ajuden a preservar el patrimoni cultural, promouen el desenvolupament sostenible i augmenten la salut i el benestar socials. Les tecnologies basades en la llum també aporten noves solucions als problemes mundials en camps com l’energia, l’educació, l’agricultura, el medi ambient i la sanitat. Ja es parla de la fotònica «verda» (green photonics), els reptes de la qual són el desenvolupament de sistemes òptics per a la generació d’energia neta i renovable, els dispositius d’il·luminació de baix consum i l’ús de materials i components òptics respectuosos amb el medi ambient. No obstant això, la llum a voltes no solament és important per la seua presencia, sinó també per la seua absència. La contaminació lumínica s’ha convertit en un autèntic problema dels països més desenvolupats que no solament afecta les observacions astronòmiques –ja no podem veure la Via Làctica quan mirem al cel a la nit–, sinó també ocells, insectes, tortugues i altres criatures nocturnes, a més d’implicar un autèntic malbaratament d’energia. És indubtable que l’estudi de la llum i les seues tecnologies s’ha convertit en una disciplina transversal clau de la ciència i la tecnologia del segle xxi, motiu pel qual és essencial que siguem plenament conscients de la importància de l’estudi científic de la llum i l’aplicació de les tecnologies basades en la llum per al desenvolupament sostenible mundial. Això demana inversions públiques i privades que permeten desenvolupar projectes de recerca en els diferents àmbits relacionats amb la llum i les seues tecnologies. Igual que de vegades s’ha denominat el segle xx com el segle de l’electrònica, potser el segle xxi serà el segle de la llum, fonamentalment gràcies als avanços en òptica i fotònica esdevinguts durant els darrers cinquanta anys.

Però, per què 2015? La resposta és que enguany es commemoren una sèrie de fites fonamentals en la història de la ciència de la llum. Fa mil anys, el 1015, Ibn al-Haytham (Alhazen) va publicar el seu Llibre de l’òptica. Fa dos-cents anys, el 1815, Augustin Fresnel va elaborar la teoria ondulatòria de la llum, i fa cent cinquanta anys, el 1865, James Clerk Maxwell proposava la teoria electromagnètica de la llum amb la qual aconseguiria unificar llum, electricitat i magnetisme. Albert Einstein va explicar l’efecte fotoelèctric mitjançant quàntums de llum el 1905, i fa un segle, l’any 1915, va introduir la llum en la cosmologia a través de la seua teoria de la relativitat general, confirmant el paper fonamental de la llum en l’espai i en el temps. Finalment, fa cinquanta anys, Arno Allan Penzias i Robert Woodrow Wilson van descobrir la radiació còsmica de fons de microones, aquest tornaveu de l’origen de l’Univers considerat una de les proves del big bang, i també són del 1965 els resultats obtinguts per Charles Kuen Kao en la transmissió de llum per fibres òptiques, fonament de les actuals i avui omnipresents comunicacions òptiques. A això cal afegir que Einstein, Penzias i Wilson, i Kao van ser guardonats amb el Premi Nobel de Física el 1921, 1978 i 2009, respectivament, precisament per aquestes contribucions relacionades amb la llum. La commemoració d’aquestes fites constitueix una oportunitat única per a poder desenvolupar activitats educatives i divulgatives amb les quals conscienciar la societat de la importància de la llum i les seues tecnologies.

Albert Einstein va declarar el 1917 que durant la resta de sa vida reflexionaria sobre què és la llum. Aquest any 2015, milions de persones d’arreu del món reflexionaran també sobre aquesta meravella que és la llum i sobre les múltiples maneres en què la llum i les seues tecnologies poden millorar les nostres vides.

Celebrating “The International Year of Light” 5 mayo 2015

Publicado por Augusto en Año de la Luz-2015, Divulgación, Historia de la Física, Investigación , comentarios cerrados

Humans have always felt –and still feel– fascination for light, mainly thanks to those magnificent organs of the human body which are the eyes. Luminous phenomena such as rainbows, aurora borealis, sundogs, Fata Morgana or just the rising and the setting of the Sun still amaze us as they did our ancestors before us. The truth is that light affects every day of our lives. Clearly, the light emitted by the Sun plays a fundamental role in the development of life on Earth and it is the main source of energy for our planet. If someone asks «what do we get from the Sun?,» we immediately answer: «light and warmth» and some might even add «ultraviolet light», from which – luckily for our health– the Earth’s atmosphere protects us to a greater or lesser extent. However, they are not really three different things, but one and the same: energy in the form of electromagnetic waves with wavelengths corresponding to visible, infrared and ultraviolet radiations, which produce different effects and sensations.

On 20 December 2013, the United Nations General Assembly 68th Session proclaimed 2015 the International Year of Light and Light-based Technologies (IYL 2015) to highlight the fundamental role of light and its technologies in all human activities. Light is at the origin of life, it has inspired beauty, painters, poets, architects … and is essential to photography, cinema, theatre or television because there is no doubt that light affects the emotional response of the audience. We just need to look around us to verify that the numerous applications of light in science, engineering, architecture, medicine, communications, culture, art and leisure have revolutionized society.

IYL2015-blog

The industries related to light are true economic engines and with the invention of the laser –one of the most important and versatile scientific instruments– Optics and photonics are increasingly meeting the needs of humanity in multiple aspects. They give access to information, facilitate our communications, help to preserve our cultural heritage, promote sustainable development and enhance health and social welfare. Light–based technologies are also providing new solutions to various global issues in areas such as energy, education, agriculture, environment and health. However, excessive light may sometimes have adverse consequences. Light pollution has become one of the biggest problems in developed countries since it not only affects astronomical observations –the Milky Way is no longer visible in the night sky–, but also birds, insects, turtles and other nocturnal creatures, not to mention the tremendous waste of energy involved. There is no doubt that the study of light and light–based technologies has become a cross-cutting discipline of science and technology in the 21st century. For this reason, it is essential that we be fully aware of the importance of the scientific study of light and the application of light-based technologies for sustainable global development. This requires public and private investment to develop research projects in different fields related to light and technologies. In the same way that the 20th century has sometimes been called the century of electronics, perhaps the 21st century will be known as the century of light, mainly due to the advances in optics and photonics that have taken place in the last fifty years.

But, why 2015? The answer is that this year coincides with the anniversaries of a series of important milestones in the history of the science of light. One thousand years ago, in 1015, Ibn Al–Haytham published his Book of Optics. Two hundred years ago, in 1815, Fresnel developed the wave theory of light and in 1865, one hundred and fifty years ago, Maxwell proposed the electromagnetic theory of light, whereby he succeeded in unifying light, electricity and magnetism. In 1905 Einstein explained the photoelectric effect using light quanta and in 1915, one hundred years ago, Einstein showed how light was central to cosmology with his theory of general relativity, thereby confirming the fundamental role of light in space and time. Finally, we also commemorate Penzias and Wilson’s discovery of the cosmic microwave background, that eco of the origin of the Universe considered important evidence in support of the Big Bang theory, and Kao’s achievements concerning the transmission of light in fibres for optical communication, which is the basis of current optical communications, both in 1965. Let us not forget that Einstein, Penzias and Wilson, and Kao were awarded the Nobel Prize in Physics in 1921, 1978 and 2009, respectively, for their achievements concerning light. The celebration of all these milestones is a unique opportunity to conduct educational and outreach activities to raise public awareness of the importance of light and its technologies in our world.

In 1917 Albert Einstein declared «for the rest of my life I will reflect on what light is.» During the year 2015, millions of people around the world will reflect on how wonderful light is and the many ways in which light and light–based technologies can improve our lives.