EL ARCOÍRIS Y EL EXPERIMENTUM CRUCIS

Pocos fenómenos hay en la naturaleza tan espectaculares como la observación del arcoíris contra un cielo oscurecido por la tormenta. Permítanme que les recuerde algo elemental: estamos hablando de un fenómeno óptico que presenta en forma de arco de bandas concéntricas los siete colores elementales. ¿Pero sabe usted cómo se forma realmente? Seguro que sí, pero déjenme que se lo recuerde.

En El Discurso del Método (1637) Descartes ofreció la primera explicación racionalista de un fenómeno que durante milenios había dejado estupefactos a los humanos. El filósofo francés estaba en lo cierto cuando razonó que, lejos de ser un fenómeno divino por más que fuera celestial, aquel arco mágico era la consecuencia de un proceso físico de reflexión y refracción. Ahora bien, no debemos perder de vista que Descartes era un atomista convencido que se basaba en las antiguas teorías griegas, por lo que erró cuando atribuyó el colorido del arcoíris a unos corpúsculos invisibles que formaban la luz.

Prisma original de Newton con el que demostró la descomposición de la luz ante la Royal Society en 1672. Museo de la Ciencia (Londres)

El 8 de febrero de 1672, en una solemne sesión de la londinense Royal Society, Newton presentó ante una audiencia formadas por los cerebros más brillantes de la Gran Bretaña el que él llamó su experimentum crucis, o «experimento crucial», que demostraba de forma definitiva, según afirmó, que la luz del Sol, la luz blanca, no era pura como hasta entonces se creía, sino que estaba compuesta por una mezcla de diferentes colores. Precisamente dicho prisma tuve la oportunidad de fotografiarlo hace tan solo 10 días en Londres.

Lo que Newton demostró es que la luz, lejos de estar formada por un solo rayo, está formada por un haz de rayos que se refractan de forma distinta según su color. Para hacer su demostración, que no estuvo exenta de teatralidad, Newton utilizó un prisma de cristal que él mismo había pulido el año anterior. Newton demostró que el arcoíris se forma cuando nuestra vista y los rayos de luz interactúan en un ángulo de 42 grados con los millones de gotitas en suspensión que constituyen cualquier cortina de agua, desde la copiosa lluvia al modesto riego de un aspersor. El rayo de luz viaja por el aire y penetra en las gotas; al hacerlo, pasa de un medio a otro de mayor densidad y, como consecuencia, la luz pierde velocidad. Si entrase perpendicular, no pasaría nada, pero sobre las esferas acuosas casi siempre penetra en un cierto ángulo y, además de frenarse, se desvía porque los distintos rayos se detienen en momentos diferentes.

Esquema de la formación de un arcoíris primario y secundario. © Luis Monje 2017

Para entenderlo mejor imaginemos que vamos corriendo por un aparcamiento asfaltado mientras empujamos un carro de supermercado. Si entramos perpendiculares en un barrizal, el carro se frenará en seco (¡atentos a las barrigas!). Pero si lo penetramos oblicuamente, como la primera que rueda que entra se frena primero, perderemos su control, pero nuestras barrigas resultarán sanas y salvas.

El fenómeno de descomposición de la luz al cambiar de medio se denomina refracción y está condicionado, además del ángulo de incidencia, por la longitud de onda de la luz. La luz blanca está compuesta por muchas longitudes de onda, cada una está asociada a un color. Cuanto más corta es la longitud de onda (azules) más se desvía, y cuanto más larga (rojos) menos, así que la luz blanca se descompone en todos los colores del espectro. A este fenómeno, se le denomina dispersión.

Arcoíris en la isla de Mull Islas Hébridas (Oeste de Escocia)

El tamaño y forma de las gotas afectan la intensidad de los colores del arcoíris. Gotas pequeñas hacen un arcoíris pálido y gotas grandes, como las de las tormentas, producen colores muy vivos. En estos casos se puede producir una segunda reflexión interna en cada gota que da lugar a un segundo arco iris, siempre más exterior y débil que el primero y en el que la disposición de los colores aparece invertida.  Otra curiosidad es que las bandas que separan los arcoíris primario y secundario son más oscuras que el resto del cielo.

Realmente el arcoíris es un círculo visto desde un avión, pero desde tierra aparece como un arco al no existir gotas por debajo del horizonte

Y ahora un poquito de agua al vino: no busquen el maravilloso tesoro que dicen descansa al pie del arco: no hay ni tesoro ni pie. Realmente no es un arco, sino un disco cuyo centro se mueve junto con el observador, pero como bajo el horizonte no puede haber gotas en suspensión, solo volando se puede ver un fenómeno tan impresionante como desmitificador.

Ya lo saben, ¡el mejor tesoro es la salud!