
Estudiar que es un láser es repasar los avances de la humanidad en el conocimiento de los fenómenos naturales los últimos 200 años.
El láser es un logro en la manipulación humana de la fuerza electromagnética.
Las fuerzas electromagnéticas evitan que la gravedad nos lleve al centro de la Tierra, su manifestación son las cargas eléctricas que definen cada objeto, las cargas iguales se rechazan, las diferentes se atraen y así, se equilibran las cosas que podemos tocar.
Cuando el equilibrio de cargas de un cuerpo se pierde, los electrones van hacía el sitio en donde hay menos y tendremos manifestaciones eléctricas como los rayos y las chispas.
Por convención, llamamos carga positiva cuando existe un defecto de electrones y negativa cuando hay exceso de electrones.
Las cargas generan a su alrededor espacios con actividad electromagnética que llamamos campos, que cuando tienen contacto entre sí, chocan y generan ondas en el espacio.
El espectro de ondas que manipulamos se encuentra entre las ondas de radio de varios metros hasta los rayos gamma.
Las fuerzas electromagnéticas no actúan dentro del núcleo del átomo, allí gobiernan otras fuerzas, unas que vencen la repulsión eléctrica entre protones y otras fuerzas que tienen masa y tienen su propio campo (Hicks) .
Maxwell conceptuó el electromagnetismo como el resultado del movimiento de campos por cargas, predijo además que, las ondas viajaban a la velocidad de la luz.
El hombre tuvo entonces, la necesidad de encontrar hasta cuando y donde se desplazaría una onda de luz y fue necesario llegar a un concepto abstracto, la energía, la fuerza vital que hacía que se desplazara una onda en contra de un medio ocupado por muchos campos .
Einstein formuló la teoría de la relatividad para explicar el movimiento de la materia y sus relaciones con la fuerza electromagnética, aplicó las leyes mecánicas a las ondas electromagnéticas considerando la velocidad de la luz como la máxima posible en un medio ideal, sin interferencias y según el tiempo para el observador de la medición.
La inclusión de sucesos en las fórmulas colocaba la variable de la velocidad de la luz con valor estable y asi se posibilitó experimentos a valores comparables.
Que la energía se conservaba, se entendía desde la mecánica, al observar que algo que era capaz de producir movimiento gastaría una fuerza equivalente a la que generara.
Galileo ya había encontrado una constante no relacionada a la masa en sus estudios sobre la caída de los objetos y esto lo toma Leibniz con su planteamiento de la vis viva ,” fuerza viva” con una ecuación que relacionaba energía igual a su masa por su velocidad al cuadrado, Descartes, no la elevaba al cuadrado.
Se hablaba ya de tiempo, al considerar la velocidad, pero no se contaba con un valor de referencia que lo incluyera. Einstein cambia el concepto a tiempo relativo al observador.
Planck había establecido que la manera como la energía y la materia se interelacionaban estaba relacionada a una constante que, aparecía como la única manera de explicar que la energía saltara en niveles según la frecuencia de las ondas, para explicar el cambio del color de la luz que emite un metal a diferentes temperaturas.
Einstein postuló los fotones, corpúsculos portadores de luz sin masa.
Einstein explicó los hallazgos de Hertz con relación al fenómeno fotoeléctrico. Hertz había observado que la adición de luz ultravioleta a un estímulo eléctrico producía luz a partir de un metal de forma inmediata. Einstein, basado en la constante postulada por Planck, propuso que para que la energía se conservara, tendría que suceder que, la energía con la cual salen expelidos los electrones del metal, debería ser igual a la energía que aportan los fotones que llegan, menos la energía necesaria para extraer un solo electrón del material. O sea, lo que se obtiene en luz depende de la energía según la frecuencia de la onda incidente.
Ambos valores eran así medibles y en 1916 Millikan comprueba el valor de la constante de Planck, quedando así definido que los valores de energía cambian de acuerdo a la frecuencia de la onda en saltos de energía.
El modelo que se concebía del átomo cuando Einstein, formula la teoría de la relatividad (1905) era aún, el de un pudín con pasas (Thomson, 1987). Los electrones eran las pasas con carga negativa, el núcleo no había sido descubierto, hacía parte del pudín con carga positiva. El átomo permanecía en equilibrio del número de sus cargas.
Una vez insinuada la existencia de un “núcleo”por Rutherford (1911) Bohr, en un modelo planetario extiende el concepto de Planck de los niveles energéticos en 1914. La existencia de umbrales precisos de energía explica que, para ganar un nivel energético como tambien, para regresar a su nivel, es necesaria un nivel preciso de energía. Para regresar desde un nivel ganado lo emitiría en un tipó de luz equivalente.
El modelo de Bohr solo explicaba la espectroscopia del átomo de hidrógeno, recién descubierta, y fue a partir de allí que, se vió la necesidad de explicar fenómenos subatómicos. Naciendo entonces, la mecánica cuántica.
El modelo planetario del átomo de Bohr tan sencillo, lo convirtió Schrödinger en 1926 en una nube para tratar de”encontrar” la posición del electrón en un momento dado. Previamente, Louis de Broglie había dado sus principales contribuciones que fueron:
- Dualidad onda-partícula de la materia: De Broglie propuso que todas las partículas, no solo la luz, pueden exhibir propiedades tanto de onda como de partícula.Esta idea extendió el concepto de dualidad onda-partícula, previamente aplicado solo a la luz, a toda la materia.
- Longitud de onda asociada a partículas: Desarrolló una ecuación que relaciona la longitud de onda de una partícula con su momento, estableciendo que λ = h/p, donde λ es la longitud de onda, h es la constante de Planck y p es el momento de la partícula.
- Unificación de conceptos: Logró combinar ingeniosamente la cuantización de Planck (E = hν) con la famosa ecuación de Einstein (E = mc²), asociando la longitud de onda con la velocidad de la partícula.
- Explicación del modelo atómico de Bohr: Aplicó su teoría al modelo atómico de Bohr, explicando por qué los electrones solo pueden existir en ciertas órbitas permitidas.Esto proporcionó una justificación teórica para la cuantización del momento angular del electrón en el átomo de hidrógeno.
Schrödinger llevó la formulación de Broglie a términos de probabilidades, para ubicar la onda del electrón y obligándonos a cambiar la interpretación que tendríamos que hacer de estas ondas probabilísticas, iguales a las otras pero, reconstruidas en pedacitos. Y aunque, cuando no sabemos algo acudimos a la probabilidad, es cierto que cuando tenemos casi toda la información en un mismo sistema, esta sube al 100 % de certeza.
La longitud de onda se relacionó entonces, en probabilidades, con una constante dividida por la masa y su velocidad para que pudiésamos ver las estructuras subatómicas, se pudo así manipular electrones aumentando su velocidad con fuerzas magnéticas, para conseguir ondas cada vez más pequeñas y así llegamos al microscopio electrónico y todos los otros sistemas de generación de protones y neutrones.
Einstein inventa el láser 50 años antes de su fabricación
Einstein pudo explicar el equilibrio sostenido de una emisión de luz a partir de la presencia de una repetición de estímulos que multiplicarían fotones, en lo que describió como emisión estimulada.
Un electrón subiría a un nivel superior de energía cuando ganara un valor de energía suficiente y liberarla para regresar a su nivel básico pero, si es excitado antes de decaer, ocurriría un fenómeno de multiplicación pues, el electrón de todas maneras decae pero libera dos fotones. No gana otro nivel.
Su ecuación de un láser, la posibilidad de obtener una luz más pura y potente, se hizo realidad con Theodore Maiman en el año 1960, cinco años después de la muerte de Einstein.