Los colores y la radiación subliminal a nuestro alrededor

Los colores y la radiación electromagnética

¿Qué responderías si te dijeran que toda materia a tú alrededor (muebles, flores, animales, ropa, etc.) emite radiación electromagnética?

Antes de enzarzarnos en conjeturas sensacionalistas tendríamos que definir qué es la radiación electromagnética. En esencia se trata de paquetes de energía a los que los físicos denominamos cuantos, comportándose como ondas que se desplazan en el vacío con una velocidad constante (véase Dualidad onda-partícula).

En otras palabras, un campo eléctrico y un campo magnético oscilantes se combinan perpendicularmente para trasportar energía en el espacio, siempre a la misma velocidad: 300.000 kilómetros por segundo. En realidad todo es energía manifestada de distintas formas, como ya se explicó en este blog. Pero para responder a la pregunta inicial nos basta con recordar que la energía se distribuye de forma cuantizada y que cada cuanto o paquete posee una frecuencia y una longitud de onda asociadas. Así que en función de la frecuencia y la longitud de estas ondas electromagnéticas se presenta un tipo de radiación u otra.

Las ondas de TV y de radio, las microondas, los infrarrojos, los rayos ultravioleta o los rayos X, entre otros, son tipos de radiación electromagnética. Por supuesto, el calor radiado también, porque se trata de energía desplazándose mediante ondas. De ahí que algunas personas relacionen la palabra “radiación” con algo perjudicial para la salud, por ejemplo, cuando pensamos en hacernos una radiografía. Claro que grandes cantidades de energía resultan nocivas, otras cantidades, en cambio, inofensivas, mientras que otras intensidades energéticas son indispensables. Con esto último aludimos a la luz, crucial para el desarrollo de la vida y para muchos otros procesos físicos.

Como sabemos, la luz que observamos es blanca. No obstante, cuando esta atraviesa un prisma se descompone en la amplia gama cromática del arcoíris. En efecto, la luz constituye un tipo de radiación que el ojo humano puede captar, por eso se le conoce como “espectro visible”, y corresponde a un rango limitado de frecuencias y consecuentes longitudes de onda.

Ahora bien, cuando esta luz “impacta” con una superficie, sea cual sea, la naturaleza de dicha superficie implica que parte de la radiación se absorba y el resto sea irradiada de forma que nuestros ojos la vuelven a percibir. Además, todos los materiales poseen sustancias químicas denominadas pigmentos, que anulan ciertas longitudes de onda y potencian otras. Es como si esos pigmentos sirviesen de filtro, o prisma peculiar, que solo descompone la luz blanca en alguno de los colores, mientras que suprime los demás. Por otro lado, si se da el caso de que el filtro no descompone la luz blanca e irradia los cuantos de forma continua, la superficie nos devolverá visualmente el color blanco. Si, por el contrario, anula todas las longitudes de onda, observaremos el color negro.

¿Por qué los plátanos son amarillos? ¿Por qué las mariposas morfo poseen tonos azules iridiscentes? ¿Por qué los tigres son anaranjados con rayas negras? Así es como nuestros ojos contemplan una infinidad de tonalidades de distintos colores en la naturaleza, gracias a la radiación electromagnética, a los patrones estructurales de la materia y a los pigmentos presentes. Sin embargo, no toda la radiación se pone de manifiesto por medio de los colores. Estos, de hecho, son la consecuencia de la luz y de sustancias químicas naturales o artificiales en condiciones de equilibrio térmico. De modo que, regresando a la cuestión inicial, afirmamos que toda la materia emite e, igualmente, absorbe radiación electromagnética. Se trata de un comportamiento natural, que apoya el hecho de que no existe distinción esencial entre materia y energía.

Por ejemplo, los seres humanos, como cuerpos vivos, emiten radiación en forma de calor, y la melanina de nuestra piel absorbe todas las longitudes de onda de la luz salvo la que corresponde al color “carne” (este color existe en todos los plumieres de los escolares). Igualmente los objetos inanimados emiten radiación, por la que cada cuerpo posee su propia temperatura específica. Por eso en la naturaleza no encontramos ningún material cuya temperatura equivalga al cero absoluto. Pero además las variaciones de color de un mismo cuerpo se deben a aumentos o descensos de energía, con frecuencia debido a cambios de temperatura ambiental. En otras palabras, que la proporción entre energía absorbida y emitida fluctúa. Por ejemplo cuando se somete a un metal al calor de una llama.

Para entender este punto debemos recordar que la materia se compone de átomos. En un átomo estable, sus electrones se encuentran posicionados de manera ordenada en distintos niveles de energía. Como si se tratase de una sociedad estratificada, encontramos pocos y ajetreados electrones en los niveles inferiores, de menor energía; incapaces de mudarse, sumidos en el pozo de potencial, trabajan con estrés y dinamismo. A diferencia de los niveles superiores, pues cuanto mayor es la energía, más numerosos son y más relajados viven. Los agobiados electrones de las capas bajas de su sociedad atómica están ansiosos por conseguir un préstamo de energía que les permita ascender de escala. ¿Qué puede suceder? Qué un fotón le preste a un pobre electrón la energía que necesita para subir de clase. Entonces, su puesto vacante es inmediatamente ocupado por un electrón de alguna de las capas superiores. El electrón degradado emite esa energía sobrante en forma de otro fotón, es decir, emite un paquete de energía que se desplaza en el medio en forma de radiación electromagnética.

Alguien podría preguntar, ¿de dónde salen estos prestamistas de energía, los fotones? Gran parte de los fotones son el resultado de fluctuaciones cuánticas, pero a menudo las colisiones entre los átomos libres de un material suscitan la emisión o absorción de fotones, por ejemplo, si se produce un incremento de la temperatura. El calor, sin duda, es un tipo de energía. Al aumentar la energía del objeto sus átomos vibran y, por tanto, chocan entre sí, lo que ocasiona emisiones de radiación cuantizada.

Pues bien, la vibración de los átomos se vuelve más frenética cuanto mayor sea la temperatura. Si se trata de un objeto sólido, a medida que asciende la temperatura, sus átomos constituyentes vibran de tal forma que sus enlaces se rompen, y se trasforma en líquido. Esta transición se conoce como punto de fusión. Si la temperatura sigue subiendo, se producirá una nueva transición, de líquido a gaseoso, lo que llamamos punto de vaporización. Claro que en nuestro planeta Tierra todo tiene un límite.

De vuelta con la radiación, normalmente, dependiendo de las características físicas del material, se absorbe y emite radiación en proporciones variables. No obstante, idealmente concebimos el caso de que toda la energía absorbida por la superficie de un material sea emitida de vuelta al medio. Esto es lo que se conoce como “radiación del cuerpo negro”. El cuerpo negro consiste en un material teórico que absorbe y emite toda la radiación que se irradia sobre él y sirve para el estudio de los espectros de emisión de la radiación electromagnética.

En 1862, Gustav Kirchhoff lo designó de esta manera, y desde entonces denominamos así a un objeto experimental consistente en una caja cerrada, salvo por un pequeño orificio, cuyas paredes poseen cierta temperatura (la que se asigne arbitrariamente para el estudio). Como hemos explicado antes, los átomos de las paredes emiten y absorben radiación. Pues bien, cuando la radiación dentro de la cavidad del cuerpo negro alcanza el punto de equilibrio, se determina que la energía emitida por los átomos equivale a la cantidad de energía absorbida.

Con este experimento se logró esclarecer, entre otras conclusiones importantes, porqué al aumentar la temperatura de un cuerpo su color cambia gradualmente del naranja al azul. Como la intensidad de radiación es directamente proporcional a la temperatura del emisor, mayor temperatura implica mayor energía de emisión. Esto se traduce en que estos paquetes de energía se desplazan en el medio a través de ondas cuyas longitudes corresponden con un color del espectro visible. Como sabemos, el espectro visible oscila del rojo al violeta, aumentando en frecuencia y disminuyendo en longitud de onda. Así que, si el cuerpo alcanza mucha temperatura y su energía aumenta, su frecuencia asociada resulta elevada y su longitud de onda, a la inversa, corta. Esto explica, por ejemplo, que la llama en un fogón de butano pase del naranja al azul a medida que la temperatura asciende.

Sin embargo, a temperatura ambiente, los átomos de la materia se encuentran en equilibrio estático, y toda la radiación que reciben, se emite parcialmente de vuelta al medio, en proporción constante. De manera que queda contestada la pregunta del principio: verdadero, todo cuerpo emite radiación electromagnética. Aunque tal vez, solo se trate de un modo alternativo de observar los objetos cotidianos que nos rodean.

Fuentes y referencias:

http://interactive-physics.webnode.es/products/radiacion-de-cuerpo-negro

Extras: Light and Colours; The Wonders of Creation Reveal God’s Glory – On DVD, 2009 Watch Tower Bible and Tract Society of Pennsylvania, Inc.