La bombilla de colores y el método científico

Figura 1.- El “sistema experimental”

Este artículo se publicó previamente (hace 3 días) en el Cuaderno de Cultura Científica.

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Las pasadas navidades se encontraban fácilmente en tiendas de regalos unas bombillas que cambian de color controladas por un mando a distancia, además bastante baratas. En la caja pone que son bombillas de LED, pero ¿cómo funcionarán estos dispositivos? Lo que vemos es un vidrio esmerilado que, en efecto, cambia de color al ir dándole a los botones del mando a distancia.

Estaría bien poder analizar con más detalle la luz que produce, poder saber que longitudes de onda se emiten realmente en cada momento, su espectro. Podemos intentarlo con un prisma, de forma parecida a como hacen las gotas de agua con la luz del sol para formar el arco iris, pero para que funcione bien necesitamos un rayo de luz relativamente estrecho e intenso y eso no es lo que ofrece nuestra bombilla. Otra alternativa, más doméstica todavía, pasa por utilizar CDs que resultan ser unas extraordinarias redes de difracción (1, 2). En los CDs la información va en una pista enrollada sobre si misma con una separación entre un paso y el siguiente de poco más de micra y media. Con esta distancia, algo mayor que la longitud de onda de la luz visible (0,4 micras para el violeta, 0,8 para el rojo), la reflexión procedente de un surco interfiere con la los adyacentes. Interferencia que será constructiva en algunas direcciones intensificando la luz, y destructiva en otras extinguiéndola. Este fenómeno, llamado difracción, da lugar a que cada longitud de onda se refleje con intensidad a unos ángulos concretos y no a otros.  Por eso, cuando se ilumina con luz de diferentes longitudes de onda, cada una se refleja en una dirección distinta.

Figura 2.- Espectros de la luz de la bombilla (en posición “blanco”) tanto en reflexión (en el CD de abajo) como en transmisión (en el trozo de CD sujeto frente a la lámpara. En ambos casos se ven tres manchas de color separadas: azul, verde y rojo.

Si a un CD se le quita la capa de aluminio reflectante, lo que queda es un plástico transparente que tiene grabados los surcos a la misma distancia por lo que también produce difracción con la luz que lo atraviesa (3). En la figura 2 vemos la bombilla encendida y la difracción que produce por reflexión en un CD en la mesa y por transmisión en la pieza sujeta con la mano. En los dos casos la imagen es la misma, tres manchas de color, una azul, una verde y una roja. Por cierto, la foto está tomada para la bombilla emitiendo luz “blanca”. Ahora no hay más que jugar con el mando a distancia y ver la descomposición de colores en el CD para distintas posiciones del mando. Todo resulta muy lógico, los botones azul, verde y rojo, solo producen una mancha iluminada en el CD, y todos los demás colores dan parejas de estas tres iniciales con distintas intensidades (ver figura 3). La conclusión parece obvia, dentro de la bombilla hay tres LEDs, de cada uno de los tres colores primarios, y el mando a distancia gobierna cuáles de ellos se han de encender en cada caso. Cuando se enciende más de un LED, la luz se mezcla en el bulbo esmerilado que los cubre y vemos el color resultante de su composición.

Figura 3.- Series de fotografías de un CD mostrando el espectro de la bombilla para distintos colores (que se aprecian por el tono general de cada foto). Las manchas de color difractado (el espectro) son imágenes esféricas en la serie de abajo, mientras que en la de arriba (realizada bajo otro ángulo) presentan una forma más irregular y vistosa.

En la explicación anterior podemos apreciar el método científico típico, se plantea una hipótesis (está incluso escrita en la caja), se diseña un experimento coherente con la hipótesis y se realiza. Como los resultados confirman la hipótesis la damos por correcta. Y como hemos seguido el método podemos afirmar que hemos dado con una explicación científica de los colores de la bombilla. ¿No es así? Más bien no. Ese relato es una reinterpretación a posteriori de un proceso menos limpio y que, además, es fundamentalmente falsa. Ni hay una hipótesis explícita, ni una predicción basada en la hipótesis, ni el experimento dilucida sobre el cumplimiento de la predicción. El experimento no es cuantitativo, no se ha comprobado su reproducibilidad, ni siquiera se ha hecho en condiciones limpias y controladas. Pero lo fundamental es que no son esas características las que delimitan lo que es y lo que no es ciencia. En este Cuaderno de Cultura Científica hay muy buenas entradas que dejan clara esta cuestión con carácter general (4, 5).
La anterior explicación es científica por que surge de la curiosidad y se desarrolla en un proceso que utiliza todas las herramientas conceptuales y experimentales disponibles con honestidad intelectual. Además el resultado es más que plausible (casi obvio). Antes de comenzar teníamos un puzle con muchísimas piezas (longitud de onda, difracción, prismas, interferencias, estructura de los CDs, etc.) y hemos colocado una más que parece encajar muy bien con todo. Eso sí, es plausible pero no es cierta, podría ocurrir que otros estudios posteriores demostraran que hay otro modelo más ajustado a lo que se observa. En cualquier caso a mí me resulta suficiente y, aunque no es muy útil, no voy a romper la bombilla para ver cómo es por dentro.

Referencias
(1) http://www.nnin.org/education-training/k-12-teachers/nanotechnology-curriculum-materials/cds-and-dvds-diffraction
(2) https://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction_grating
(3) https://www.bricoblog.eu/truco-para-pelar-cds-reciclados/
(4) http://culturacientifica.com/2013/04/30/la-teorias-cientificas-no-son-falsables/
(5) http://culturacientifica.com/2013/05/14/onus-probandi-y-la-definicion-de-ciencia/