Es igualmente difícil imaginar un mundo con menos colores de los que percibimos que imaginar un mundo con más de los que posee. Y es que la naturaleza del color, si bien es más o menos bien entendida por la ciencia moderna, tiene aún misterios que nos regresan a un estado de inocencia ante la magnificencia de los mecanismos naturales.
La visión es un don privilegiado. Una especie como la nuestra depende enormemente del poder percibir al mundo a distancia, usando la información que viaja en el espacio.
Hoy sabemos que la visión resulta de la combinación de dos cosas. La primera es la luz, una entidad física con propiedades muy particulares y que asumimos que existe en el universo independientemente de que haya o no un observador que la perciba. La segunda es el sistema ojo-cerebro. El ojo es sensible a la luz, y en combinación con el cerebro, nos permite ver el mundo.
La distinción entre luz y visión fue concebida en épocas relativamente tardías. Los antiguos griegos, por ejemplo, no hacían distinción entre luz y visión. No obstante, esto no impidió que pudieran desarrollar teorías ópticas sofisticadas. Pitágoras y Demócrito postulaban que la visión consistía de imágenes que viajaban de los objetos hacia el ojo.
Por otro lado, Euclides y Herón decían que la luz consistía de “rayos visuales” que emergían de los ojos y viajaban hacia los objetos vistos. Fue alrededor del año 1000 de la era cristiana que el polímata árabe Alhazen hiciera una distinción clara entre la visión y la luz, proponiendo a la luz como un ente físico y al ojo como un detector de dicho ente. Esta distinción permitió que los escolásticos de la edad media y posteriormente pensadores del siglo XVII, como Kepler, Snell o Descartes, desarrollaran lo que hoy conocemos como óptica geométrica que, por cierto, ha cambiado poco desde entonces hasta nuestros días.
Pero si bien el siglo XVII significó un gran avance en el entendimiento de las propiedades geométricas de la luz, el por qué ésta se ve de diferentes colores seguía siendo un misterio. Se atribuía el origen del color a alguna forma de modificación que sufría la luz al interactuar con diferentes objetos.
Sin embargo, para la mayoría de los casos, se hablaba simplemente de luz sin importar de qué color se viera. Fue Isaac Newton (en los años 1665-1666) el primero en hacer un gran avance para entender la naturaleza física del color. El famoso experimento del prisma de Newton, demostró que
1) Al pasar por un prisma de cristal, la luz blanca podía ser descompuesta en seis colores: rojo, anaranjado, amarillo, verde, azul y violeta.1 Y que ésos, al combinarse de nuevo, volvían a formar luz blanca.
2) Cada uno de estos colores no pueden ser descompuestos en otros al pasar nuevamente por un prisma.
Newton realizó diversos experimentos con objetos de diferentes colores. Por ejemplo, encontró que un objeto que se ve rojo al ser iluminado con luz blanca se ve rojo. Se ve también rojo al ser iluminado con luz roja, pero se ve negro si es iluminado con luz de otro color. Sin embargo, Newton creía que la luz estaba compuesta por partículas que viajaban en línea recta por el espacio, idea que si bien fue aceptada en su época, se encontró con una poderosa teoría rival.
Christiaan Huygens (1629-1695) propuso que la luz era más bien una onda en lugar de un flujo de partículas; sin embargo, en su tiempo no fue posible comprobarlo. Hubo que esperar dos siglos para que los experimentos de Thomas Young lograran demostrar que bajo ciertas condiciones, la luz muestra patrones de interferencia, lo que confirma la hipótesis de la naturaleza ondulatoria de la luz.
En el mismo siglo, los trabajos de Michael Faraday y James Clerk Maxwell en electromagnetismo demuestran que la luz es una onda electromagnética. No sólo eso: los experimentos de Michaelson y Morley en 1887 demostraron que la luz viaja de manera constante para todos los observadores, sin importar la velocidad de éstos. El valor de la velocidad de la luz (en el vacío) es de unos 300 mil km por segundo.
La teoría ondulatoria de la luz explica naturalmente la existencia del color. Las ondas pueden ser descritas principalmente por tres valores. Uno es su amplitud, lo que nos da la medida de qué tan grande es la oscilación. La segunda es su longitud, lo que nos dice la distancia recorrida por un ciclo completo de la onda, y la tercera es el periodo, lo que nos da el tiempo en que se completa el ciclo.
En el caso de la luz, al ser su velocidad constante, existe una relación entre el periodo (o más precisamente, su frecuencia, que es el inverso del periodo y cuya unidad es conocida como Hertz, 1 Hz corresponde a 1/segundo ó 1 s-1) y la longitud de onda. Es decir, las ondas de luz pueden tener diferentes vibraciones.
La luz puede oscilar a frecuencias muy bajas, lo cual corresponde a radiación de muy baja energía, como las microondas o las ondas de radio, por ejemplo, o a frecuencias altísimas como las de los rayos-x o los rayos gamma. Al conjunto de todas las frecuencias (o longitudes de onda) en las que la luz puede presentarse, se le conoce como espectro electromagnético.
Pero no toda esta luz es visible para el ojo humano. Nuestros ojos solamente pueden percibir un rango muy pequeño de todo el espectro electromagnético. El espectro visible barre frecuencias que van aproximadamente de los 400 a los 790 terahertz (1 terahertz = 1012 Hz), de las cuales la luz roja es la de menor energía y la violeta la más energética.
Esto significa que el color de la luz depende de la frecuencia de la onda electromagnética correspondiente. Hemos de mencionar que la teoría corpuscular de la luz propuesta por Newton adoptó una nueva forma a inicios del siglo XX, cuando Max Planck propone que la luz puede viajar en forma de cuantos o paquetes de energía llamados fotones.
Con su trabajo inauguró lo que hoy conocemos como mecánica cuántica. La energía de cada fotón puede ser calculada con la frecuencia correspondiente de la onda asociada. Es decir, la luz tiene una naturaleza dual: es una onda y también es una partícula, poniendo fin a siglos de discusión.
Hemos visto hasta ahora la naturaleza física del fenómeno del color. Sin embargo, faltan aún dos tercios del camino. El primero es el perceptor del color; el ojo. Los ojos son sistemas altamente complejos donde células fotosensibles especializadas, conocidas como conos y bastones, situadas en diferentes partes del ojo, son estimuladas de maneras distintas por luz de diferentes frecuencias.
Esto envía señales al cerebro, y ahí es donde las cosas se complican. Éste no solamente recibe las señales, sino que también las interpreta, y es por eso que puede hacer que dos cosas de colores distintos den la ilusión de ser del mismo color y viceversa, dependiendo del contexto. Esto quiere decir que no todo el color percibido procede necesariamente de la luz.
Hay de hecho colores que son creados por el cerebro, sin necesidad de luz que desencadene una señal en los ojos. Esto es algo que la física no puede explicar. Es trabajo de médicos, psicólogos y tal vez de filósofos hablar de ello. Y si el lector aún no está convencido de esto último, le dejo una pregunta que formuló el escritor serbio Milorad Pavic para la reflexión: ¿De dónde sale la luz que ilumina los sueños cuando se han cerrado los ojos?
Pie de página:
- Newton incluyó un séptimo color, el cián, pero se cree que lo hizo para obtener exactamente siete colores, ya que dicho número tenía un significado místico para él.