Resumen: (Nov. 09, 2004): Cuando el cielo brilla, pocos pueden darse cuenta que también está polarizado. Esto es, pocos humanos sin gafas para sol. Las aves y los insectos pueden localizar sus puntos de referencia para navegación utilizando la polarización solar y sus propias gafas internas.





basado en un informe del Institute of Physics

Patrón polarizado horizontalmente de la luz diurna. Crédito: UC Physicsé

En el día de hoy, un grupo de físicos publicó la explicación más compacta y elegante de uno de los fenómenos naturales más simples: la forma en que la luz se comporta en el cielo que nos cubre. Esta investigación aparece hoy (martes 9 de noviembre) en la revista New Journal of Physics, publicada conjuntamente por el Instituto de Física y la Deutsche Physikalische Gesellschaft (Sociedad Física Alemana).

Michael Berry y Mark Dennis de la Universidad de Bristol, en colaboración con Raymond Lee de la Academia Naval de los EE.UU., han predicho con éxito los patrones de polarización de la luz del cielo, explicados en forma amplia por Lord Rayleigh en 1871, utilizando integrales elípticos, un tipo de matemáticas con profundas raíces geométricas, descrito a menudo como “hermoso”.

El cielo azul visto a través de gafas para sol polarizadas se vuelve más oscuro o brillante cuando se rotan las gafas. Esto revela algo casi invisible a nuestros ojos sin ayudas: la luz diurna es una luz polarizada.

Esto significa que las ondas de luz vibran en forma diferente en diferentes direcciones. El efecto es más fuerte en ángulos rectos con el sol, y más débil en las otras partes. Crea patrones en el cielo que parecen similares a los surcos de las huellas dactilares humanas y son utilizados por muchas especies de aves y de insectos voladores como una ayuda para la navegación.

Una característica sorprendente del patrón es un par de puntos cercanos al Sol donde la luz no está polarizada (este punto es una singularidad y el patrón se rompe aquí). Aunque han sido estudiados por casi dos siglos, nadie intentó construir un modelo utilizando el rasgo más obvio (las singularidades), hasta ahora.

Sir Michael Berry dijo”: “Nos preguntamos; ¿qué sucedería si comenzáramos con las singularidades y escribiéramos la descripción más simple de polarización que coloca a las singularidades en sus lugares correctos?. Hallamos que se ajusta notablemente bien a los datos observacionales, y predice el patrón a través de todo el cielo”.

Esta es una fotografía de uno de los halos espectaculares creados por las nubes de cristales de hielo en la banda exterior del huracán Nora. Fue tomada en Salt Lake City, Utah, el 25 de setiembre de 1997. Aunque el huracán de 1997 fue una poderosa tormenta del Pacífico oriental, sus altas nubes de cristales de hielo se extendieron muchos kilómetros tierra adentro, llevando al fenómeno oceánico a lo profundo del corazón de los EE.UU.. Crédito: Gerald (Jay) Mace, University of Utah.

“Estas son las hermosas matemáticas del cielo. Utilizando integrales elípticos, hemos podido reemplazar páginas y páginas de fórmulas con una simple solución que predice extremadamente bien al patrón”.

“Luego de casi 200 años tenemos ahora una forma de entender este fenómeno natural que es muy diferente a los modelos anteriores, pero también profundamente natural. Es una forma moderna de la física el estudiar las cosas observando sus singularidades; pensar en ellas geométricamente”.

Para comprobar su teoría, el co-autor Raymond Lee tomó cuatro fotografías polarizadas diferentes de cada uno de dos casos de cielos claros en la Academia Naval de los EE.UU. en Annápolis, Maryland, utilizando una cámara digital Nikon con un lente ojo de pez especialmente convertidos.

Cuando compararon estas detalladas observaciones con el patrón predicho por su modelo, encontraron que el ajuste era muy bueno, indicando que el arreglo de las singularidades podría resultar vital para la conformación de “las huellas dactilares del cielo”.

Muchos científicos y matemáticos creen que las explicaciones simples y concisas de los fenómenos naturales son mejores o están más cerca de la verdad subyacente que las más complejas.

El reflejo del lago reproduce la polarización de la luz diurna. Crédito: UC Physics

El profesor Marcus du Sautoy, del Instituto Matemático de la Universidad de Oxford dijo: “Tener un sentido de la belleza y de la estética es una parte importante del científico. La naturaleza cree en la Navaja de Occam: si hay que elegir entre algo entreverado o una solución hermosa, la naturaleza escoge invariablemente la belleza”.

“Esta es la razón por la cual los científicos que tienen ojo para la estética están a menudo mejor equipados para descubrir la manera en que funciona la naturaleza”, dijo du Sautoy. “Podríamos encontrar una solución fea y complicada, pero será probablemente un signo de que todavía no hemos hallado la mejor explicación. El hecho de que haya tanta belleza en el corazón de la naturaleza es lo que da a los científicos una sensación constante de maravilla y emoción sobre el objeto de sus estudios”.