Colores, prismas y arcoíris

El vidrio crown desvía la luz violeta de 410 nm un poco más que la roja de 660 nm, porque su índice de refracción es 1.530 para el violeta y 1.512 para el rojo.

La luz blanca es una mezcla

A mediados de la década de 1660, Isaac Newton hizo entrar un estrecho haz de luz solar en una habitación oscura por un orificio en la contraventana y lo hizo pasar por un prisma de vidrio. En la pared opuesta apareció una franja de colores. En un artículo publicado en 1672, que un comentario de 2015 en la revista Philosophical Transactions de la Royal Society considera el fundamento de la óptica moderna, sostuvo que el prisma no agrega los colores: la luz blanca es una mezcla de ellos, y el prisma los separa porque cada color se refracta en una medida ligeramente distinta. También mostró que, al seleccionar un solo color de la franja y hacerlo pasar por un segundo prisma, conserva su color.

OpenStax explica la razón. Para un material dado, el índice de refracción depende ligeramente de la longitud de onda: aumenta al disminuir esta y es mayor para el violeta. Por eso la luz violeta se desvía más que la roja, y la luz blanca se abre en el orden conocido del rojo al violeta. Separar así la luz blanca en su espectro se llama dispersión. En términos más generales, hay dispersión cuando un proceso cambia la dirección de la luz en una medida que depende de la longitud de onda.

Colores y longitudes de onda

Solemos distinguir unos seis colores en el arcoíris: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta; a veces también el índigo. OpenStax recalca que el espectro es continuo: los nombres son etiquetas para intervalos de longitudes de onda, desde unos 700 nm para el rojo hasta unos 400 nm para el violeta. Cuando el ojo recibe luz de una sola longitud de onda, solemos ver uno de estos colores. Los muchos otros tonos que distinguimos son la respuesta del ojo a las mezclas. La luz solar contiene todas las longitudes de onda visibles y parece blanca, o apenas amarillenta.

Los objetos adquieren su color de la luz que nos devuelven. Una hoja parece verde bajo la luz solar porque refleja más luz verde que de otros colores y absorbe gran parte del resto. Bajo una luz que no contiene verde, esa misma hoja se ve oscura. Un filtro actúa de forma parecida con la luz que lo atraviesa: uno rojo deja pasar el rojo y absorbe la mayoría de los demás colores.

Arcoíris

Un arcoíris es dispersión producida por gotas de agua. OpenStax describe cómo la luz entra en una gota, se refleja en su parte posterior y vuelve a salir, refractándose tanto al entrar como al salir. Como el índice del agua cambia con la longitud de onda, los colores salen con ángulos ligeramente distintos. Solo ves un arcoíris si tienes el Sol detrás, y cada color llega a tus ojos desde gotas situadas a su propio ángulo respecto a la dirección de la luz solar; por eso tiene forma de arco. Dos reflexiones dentro de las gotas producen un arcoíris secundario más tenue sobre el primero. Según cuenta OpenStax, hacia 1300 Kamal al-Din al-Farisi, en Persia, estudió este fenómeno con un gran recipiente de vidrio lleno de agua dentro de una cámara oscura, que representaba una gota gigante; Teodorico de Freiberg hizo experimentos similares en Alemania. Ambos partieron del trabajo de Ibn al-Haytham.