Science and its times. Vol 2. 700 to 1499 (Parte 16)

Algo tan habitual como el arco iris vale para explicar la importancia del pensamiento científico y la revolución que se podía haber producido si la religión no hubiera metido sus narices en esto (y en todo lo demás).

Hasta la Edad Media, se aceptaba la explicación aristotélica (el argumento de autoridad): el arco iris sería el resultado del reflejo de la luz solar en la superficie de las nubes que incidiría directamente en el ojo del observador. A diferencia de la reflexión "completa" que se produciría en una superficie pulida como la de un espejo (en la que se reflejarían todas las características de los objetos), la superficie irregular de las nubes permitiría sólo reflejar los colores. Esos colores (y no otros) serían el resultado de diferentes mezclas de luz y oscuridad; y el orden en el que aparecen los colores, sería debido a las relaciones entre las distancias sol-nube-ojo. para acabar, el trazado curvo del arco iris sería debido a que se vería nada más que una parte del círculo completo de la base de un cono cuyo ápex sería el sol y el eje de ese cono pasaría por el ojo del observador.

Esto se asumió como cierto durante casi dos milenios.

Hasta que llegaron los musulmanes, como Ibn Sina (Avicena, que no sólo era médico), que empezaron por negar que las nubes fueran el origen del arco iris. Serían las gotas de agua que estuviesen enfrente de la nube que reflejase la luz.

Luego otros, como Robert Grosseteste, casi dos siglos después de Avicena ya rechazaron directamente que el arco iris se formara por reflexión. Según él, sería por refracción al pasar la luz a través de la nube. Es decir, que la nube sería como una lente óptica que enfocaría la luz sobre otras nubes, proyectando la imagen del arco iris. Los colores serían debidos a diferentes y sucesivas refracciones a través de las capas de humedad de diferente densidad dentro de una nube convexa.

Luego Alberto Magno perfeccionó la explicación hablando de refracción pero sobre gotas individuales. Lo comprobó cuando vio que si llenaba una vasija transparente y semiesférica con tinta negra y la ponía contra el sol, proyectaba un brillante y coloreado arco semicircular. Las diferentes densidades de tinta serían la equivalencia a las diferentes densidades de la explicación de Grosseteste.

Pero para un intento de explicación cuantitativa hay que acudir al alumno de Grosseteste, Roger Bacon, que usó un astrolabio para demostrar que la máxima altitud de un arco iris es de unos 42º (en realidad es de 44º). Desgraciadamente no continuó por la vía de analizar geométricamente el asunto, tal vez por una confusión habitual en la época: la física de los colores no es lo mismo que la fisiología de la percepción de los colores.

Bacon creía que la formación de los colores mediante refracción en cristales era independiente de la posición, pues eso parece ser cuando se observa un arco iris desde diferentes lugares. Pero como un arco iris no tiene una posición fija (parece que cambia al cambiar la posición del observador, de ahí la leyenda de la buena suerte si se es capaz de pasar por debajo de uno, algo imposible), Bacon dedujo incorrectamente que la percepción del arco iris era algo subjetivo, que no debía ser resultado de ningún tipo de refracción.

¿La solución? Pues eso es lo importante. Este, y otros muchos asuntos, se resolvieron cuando se aplicó la ciencia experimental, en vez del razonamiento puro y duro. Hasta que no se pudo construir un aparato para ensayar las teorías, no hubo solución. Hasta que no se pudo planificar un experimento que simulase el comportamiento de la luz a través de las gotas de agua y que permitiese controlar las variables que influyesen en el proceso. Así como asumir simplificaciones que no desvirtuasen los resultados.

Y es cuando entra en escena Teodorico con su De iride (Sobre el arco iris) donde diseñó el experimento: un globo de agua simularía una gota de agua gigante. Una aproximación que él ya tuvo en cuenta: una esfera no es lo mismo que una gota de agua; y una gota de agua no tiene un vidrio rodeándola.

Es decir, que la luz que pasa a través del experimento debe sufrir cuatro refracciones (aire/vidrio, vidrio/agua, agua/vidrio y vidrio/aire) y no dos como ocurriría  en una gota real (aire/agua y agua/aire).

Afortunadamente, la refracción de la luz en el aire es muy parecida a la que hay en el agua, por lo que el recubrimiento de vidrio no implicaría resultados imposibles en la gota real.

Otra simplificación era que el experimento era estático, mientras que en la realidad las gotas están en movimiento. Pero eso ya lo había pensado Alberto Magno: se podría considerar un estado estacionario porque la velocidad de caída de las gotas es tan rápida que unas reemplazarían a las otras casi inmediatamente.

O sea, que la planificación del experimento era tal que los resultados podrían considerarse representativos de la situación real.

Así se hace la ciencia de verdad.

Al final, había una esfera transparente llena de agua en una habitación oscura. Se dirigía un rayo de luz a través de un agujero contra la esfera y se estudiaba el recorrido del rayo de luz. Así apareció el arco iris por refracción doble: Una cuando la luz entra en la esfera y otra cuando sale. Pero además, había una reflexión dentro de la esfera. Por eso el aspecto circular del arco iris.

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Con eso también se explicaba el desplazamiento del arco iris cuando se mueve el observador: en cada posición se requiere un conjunto diferente de gotas para formar el arco iris.

Y además, también podía explicar el arco iris secundario: el que se originaría con dos refracciones y dos reflexiones internas. Esa segunda reflexión sería la explicación, primero, de la menor intensidad y, segundo, de que los colores del arco secundario estuviesen invertidos respecto al primario.

Un ejemplo perfecto del funcionamiento de la metodología científica: se plantean hipótesis que luego se comprueban mediante experimentos diseñados.

Por cierto, la explicación de Teodorico no es totalmente correcta.

Pero su metodología era radicalmente distinta de la propuesta por otro científico, el musulmán Al-Haytam, que decía ser obligatorio experimentar directamente sobre el objeto de estudio, no sobre modelos. Algo imposible, por ejemplo, en el caso del arco iris.

Otros científicos musulmanes como Al-Farisi ya se dieron cuenta de que en ocasiones no quedaba más remedio que usar modelos simplificados. Él partió de la idea original de Ibn Sina sobre las gotas de agua y llegó al mismo experimento que Teodorico: una esfera llena de agua. Y a la misma explicación de los arcos iris primario y secundario.

Hubo que esperar a Descartes, quien usando algo que no tenían ni Teodorico ni Al-Farasi (la recién descubierta ley de la refracción) para determinar cuantitativamente el radio del los dos tipos de arco iris y el porqué del orden de los colores.

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