El radiómetro de Crookes

El radiómetro de Crookes

Un radiómetro de Crookes, también conocido como "molino de luz", es un dispositivo que hoy se vende como un juguete, pero en su día trajo dolores de cabeza a los científicos que intentaron explicar su funcionamiento.

El dispositivo es bastante simple, se trata de un bulbo de vidrio, como una lámpara, sometido a un vacío parcial. Dentro del bulbo se encuentra un vástago vertical alrededor del cual pueden girar libremente unas pequeñas aletas pintadas de blanco en una cara, y de negro en la otra. Lo interesante es su funcionamiento: cuando uno ilumina el bulbo con una fuente de luz, las aletas comienzan a girar alrededor del vástago, como muestra el siguiente GIF animado

La idea de fabricar este aparato se le ocurrió a Sir William Crookes en 1873. Crookes es reconocido por haber descubierto el Talio mediante análisis espectroscópico en 1861. Tras este descubrimiento se dedicó a determinar su masa atómica, y en parte como producto de estas investigaciones se vio atraído por el estudio de los "fenómenos psíquicos". Por esa época el espiritismo estaba muy de moda, y el pensamiento de Crookes era: Considero deber de los científicos, quienes han aprendido los modos correctos de trabajo, el examinar los fenómenos que llaman la atención del público. Estos estudios le llevaron a considerar la existencia de un posible poder de atracción, al que se refirió como "poder psíquico", y su investigación en esta dirección desembocó en el estudio de la atracción o repulsión resultante de la radiación electromagnética. La invención del radiómetro es resultado de estas investigaciones.

El radiómetro apareció por primera vez en una demostración en la Royal Society en 1875, y fue anunciado como "Radiómetro: demostración del fenómeno de repulsión bajo la influencia de la radiación". Crookes dedicó bastante tiempo al estudio del radiómetro, condensando los resultados de sus investigaciones en una serie de artículos publicados en la revista "Philosophical Transactions", de la Royal Society (el primer, y por lo tanto más antiguo, journal científico). Estos trabajos consistieron principalmente en reportes de los resultados experimentales, en los que más bien se evitó dar una explicación general de qué era lo que pasaba en el radiómetro. Está claro, no obstante, que Crookes abogaba por una explicación basada en la presión de radiación, un fenómeno predicho por la recientemente elaborada teoría electromagnética de James C. Maxwell. Podemos entender con cierta facilidad esta idea de que la luz puede empujar cosas recurriendo a un concepto del que no disponía la gente en la época de Crookes: el fotón. Tras la solución por parte de Max Planck del problema asociado al espectro de radiación de un cuerpo negro Einstein advirtió que asociar un cuanto a la propagación de la luz resultaba apropiado para dar cuenta del equilibrio térmico observado entre la radiación electromagnética y la materia, y también para explicar el efecto fotoeléctrico. Esta intuición demostró ser correcta, y por ello Einstein recibió el premio Nobel en 1922. La ventaja de pensar en fotones es que podemos imaginarnos la presión de radiación como resultado de la incidencia de partículas de luz sobre una superficie. Así como la presión que ejerce un gas sobre las paredes de su contenedor es resultado de las colisiones de las partículas del gas sobre la superficie, podemos pensar que las partículas de luz ejercen presión sobre una superficie al interactuar con ella. Veamos cómo esta idea nos brinda una explicación para el funcionamiento del radiómetro Las aletas del radiómetro son planas, pintadas de negro en una cara y de blanco en la otra. Cuando iluminamos el radiómetro la luz alcanza a la cara blanca de una aleta y la negra de aquella diametralmente opuesta. Los fotones que llegan a la cara negra son, en general, absorbidos, y los que llegan a la cara blanca son reflejados. Debido a esta diferencia la presión ejercida sobre la cara blanca tiende a ser el doble de aquella ejercida sobre la cara negra (porque el doble de cantidad de movimiento es transferida durante la interacción), y este desbalance resulta en una rotación de las aletas. La explicación es simple, relativamente intuitiva, y suena muy bien. Solo tiene un problema, que puede detectarse volviendo a la animación de arriba... ¡el radiómetro gira al revés! Efectivamente, si el radiómetro se moviese debido a la presión de radiación la rotación debería ser en sentido contrario, y por lo tanto, la razón del movimiento es otra, que quedará para la segunda parte.