7. ¿Qué es un arcoiris?
LA ÉPICA DE Gilgamesh es una de las historias más antiguas jamás escritas. Más antigua que las leyendas de los griegos o los judíos, es el antiguo mito heroico de la civilización sumeria, que floreció en Mesopotamia (ahora Iraq) hace entre 5000 y 6000 años. Gilgamesh era el gran rey héroe del mito sumerio, algo así como el rey Arturo en las leyendas británicas, que nadie sabe si realmente existió, pero hay muchas historias que hablan de él. Al igual que el héroe griego Ulises y el héroe árabe Simbad el marino, Gilgamesh se embarcó en viajes épicos y conoció muchas cosas y gentes extrañas en sus viajes. Uno de ellos fue un anciano (muy muy anciano, de siglos de edad) llamado Utnapashtim, quien le contó a Gilgamesh una extraña historia sobre sí mismo. Bueno, a él le pareció extraña, pero puede que a ti no te lo parezca porque probablemente hayas oído una historia similar… sobre otro anciano con nombre diferente.
Utnapashtim le contó a Gilgamesh que en una ocasión, muchos siglos atrás, los dioses andaban enfadados con la humanidad porque hacíamos demasiado ruido y no les dejábamos dormir.
El jefe de los dioses, Enlil, sugirió que debían enviar una gran inundación para destruir a toda la gente, de forma que los dioses pudieran descansar por la noche. Pero el dios del agua, Ea, decidió avisar a Utnapashtim. Ea le dijo a Utnapashtim que derribara su casa y construyera un barco.
Debió de ser un barco muy grande, porque Utnapashtim tuvo que meter dentro «la semilla de todas las criaturas vivientes».
Utnapashtim construyó el barco justo a tiempo, antes de que lloviera durante seis días y seis noches sin parar. La inundación arrasó a todas las personas y a todas las cosas que no estaban seguras dentro del barco. El séptimo día el viento paró y las aguas quedaron en calma.
Utnapashtim abrió una escotilla del barco y liberó a una paloma. La paloma voló lejos en busca de tierra firme, pero no la encontró y regresó al barco. Después Utnapashtim liberó a una golondrina, pero ocurrió lo mismo.
Por último, Utnapashtim liberó a un cuervo. El cuervo no regresó, lo que le hizo pensar que había tierra seca en alguna parte y que el cuervo la había encontrado.
Finalmente, el barco se posó en la cima de una montaña que sobresalía del agua. Otro dios, Ishstar, creó el primer arco iris, como señal de promesa de los dioses de no enviar más terribles inundaciones. Así es como apareció el primer arco iris, según la antigua leyenda de los sumerios.
Bueno, he dicho que la historia podría parecerte familiar. Todos los niños educados en países cristianos, judíos e islámicos reconocerán inmediatamente que es la misma historia que la más reciente del arca de Noé, con un par de pequeñas diferencias. El nombre del constructor del barco cambia de Utnapashtim a Noé. Los numerosos dioses de la leyenda antigua se convierten en un único dios en la historia judía. La «semilla de todas las criaturas vivientes» se expresa como «todo ser viviente de toda carne, de dos en dos», y la Épica de Gilgamesh seguramente significa algo similar. De hecho, es obvio que la historia judía de Noé no es más que una versión modificada de la antigua leyenda de Utnapashtim. Fue un cuento popular que pasó de boca en boca y viajó durante siglos. A menudo descubrimos que leyendas antiguas similares se han convertido en otras leyendas, normalmente con los algunos nombres o algunos detalles cambiados. Y esta, en ambas versiones, termina con el arco iris.
Tanto en la Épica de Gilgamesh como en el libro del Génesis, el arco iris es una parte importante del mito. El Génesis especifica que fue Dios quien colocó el arco iris en el cielo, como muestra de su promesa a Noé y a sus descendientes.
Existe otra diferencia entre la historia de Noé y el cuento más antiguo de los sumerios. En la versión de Noé, el motivo del descontento de Dios con los humanos fue porque eran incorregiblemente malvados. En la historia sumeria, el crimen de la humanidad parece ser menos serio. Simplemente hacíamos tanto ruido que ¡los dioses no podían dormir! A mí me resulta gracioso. Y el tema de los humanos ruidosos manteniendo despiertos a los dioses surgió, de forma independiente, en la leyenda de la tribu Chumash de la isla de Santa Cruz, cerca de la costa de California.
Los Chumash creían que habían sido creados en su isla (obviamente entonces no se llamaba Santa Cruz, porque ese es su nombre español) a partir de las semillas de una planta mágica, por la diosa de la Tierra, Hutash, casada con la serpiente del cielo (lo que ahora conocemos como la Vía Láctea, que podrás ver si te encuentras en mitad del campo en una noche muy oscura, pero no si vives en una ciudad, en la que hay demasiada contaminación lumínica). La gente de la isla empezó a ser muy numerosa, y tal como ocurrió en la Épica de Gilgamesh, demasiado ruidosa para el gusto de la diosa Hutash. El barullo la mantenía despierta por las noches. Pero en lugar de matarlos a todos, como los dioses judíos y sumerios, Hutash tuvo más clase. Decidió que algunos de ellos deberían trasladarse de Santa Cruz a tierra firme, donde no podría escucharlos. Así que hizo un puente para que cruzaran. Y el puente fue… sí, ¡el arco iris!
El mito tiene un final extraño.
Mientras la gente cruzaba el puente del arco iris, algunos de los más ruidosos miraron hacia abajo, y les asustó tanto la caída que les entró vértigo.
Cayeron al mar, donde se convirtieron en delfines.
La idea del arco iris como un puente aparece también en otras mitologías. En los mitos de los antiguos nórdicos (los vikingos), los arcos iris se veían como frágiles puentes utilizados por los dioses para viajar del mundo celestial a la Tierra.
Muchos pueblos, por ejemplo, en Persia, África occidental, Malasia, Australia y América, han visto el arco iris como una enorme serpiente que se eleva desde el suelo para beber el agua de la lluvia.
Y yo me pregunto, ¿cómo comienzan todas estas historias? ¿Quién las inventa y por qué alguien, de pronto, decide creer que esas cosas ocurrieron realmente? Estas cuestiones son fascinantes y nada fáciles de responder. Pero sí hay una pregunta a la que podemos responder: ¿qué es realmente un arco iris?
La magia real del arco iris
CUANDO YO TENÍA unos 10 años me llevaron a Londres a ver una obra infantil llamada Donde termina el arco iris. Tú probablemente no la habrás visto porque es exageradamente patriótica para que la representen en los teatros modernos. Trata de lo excepcionalmente especial que es ser inglés, y en el momento álgido de la aventura los niños son rescatados por San Jorge, el santo patrón de Inglaterra (aunque no de Gran Bretaña: Escocia, Gales e Irlanda tienen sus propios santos patrones). Pero lo que recuerdo con mayor claridad no es a san Jorge, sino al propio arco iris. Los niños iban hasta el lugar en el que el arco iris había plantado su pie, y los veíamos caminar por el arco iris en el punto en el que toca el suelo. Estaba muy bien ideado, con focos de colores que caían entre la niebla, y los niños parecían caminar sobre las nubes. Creo que fue en ese momento cuando apareció en escena san Jorge y todos los niños del escenario gritaron a la vez:
¡San Jorge! ¡San Jorge! ¡San Jorge!
Pero fue el arco iris el que hizo volar mi imaginación. No me importaba san Jorge: ¡qué maravilloso sería colocarse junto al pie de un arco iris gigante!
Es fácil ver de dónde sacó la idea del autor de la obra. Un arco iris parece en realidad un objeto colgado delante de nosotros, quizá a unos pocos kilómetros de distancia. Es como si tuviera su pie izquierdo plantado, por ejemplo, en un campo de trigo, y su pie derecho (si tienes la suerte de ver el arco iris completo) en la cima de una colina. Sientes que serías capaz de acercarte a él y colocarte justo donde el arco iris toca la tierra, como los niños de aquella obra. Todos los mitos que te he descrito mantienen la misma idea. El arco iris se ve como algo definido, en un lugar definido y a una distancia definida.
Bueno, probablemente habrás descubierto que ¡en realidad no es así! En primer lugar, si intentas acercarte al arco iris, no importa lo deprisa que corras, nunca llegarás allí: el arco iris se alejará de ti hasta desaparecer por completo. No podrás capturarlo. Pero en realidad no es que se aleje, porque no está en ningún lugar concreto. Se trata de una ilusión, aunque una ilusión fascinante, y cuando la entiendas podrás descubrir multitud de cosas interesantes, algunas de las cuales trataremos en el siguiente capítulo.
De qué está hecha la luz
Antes de nada debemos entender qué es un espectro. Lo descubrió, en tiempos del rey Carlos II —hace unos 350 años— Isaac Newton, que puede considerarse el mayor científico de todos los tiempos (descubrió muchas otras cosas además del espectro, tal como vimos en el capítulo sobre la noche y el día) Newton descubrió que la luz blanca es en realidad una mezcla de todos los demás colores. Para un científico eso es lo que significa blanco.
¿Cómo llegó Newton a ese descubrimiento? Realizando un experimento. Primero dejó a oscuras su habitación para que no pudiera entrar nada de luz, y después abrió un pequeño hueco en la cortina para permitir que entrara un rayo de luz blanca del grosor de un lapicero. Después hizo que ese rayo pasara a través de un prisma, que es una especie de trozo triangular de cristal.
Lo que hace el prisma es abrir el estrecho rayo blanco; pero el rayo resultante ya no es blanco. Es multicolor, como un arco iris, y Newton le dio nombre a ese arco iris que había fabricado: el espectro.
Así es como funciona.
Cuando un rayo de luz viaja a través del aire y choca con el cristal, se desvía. Esta desviación se denomina refracción. La refracción no tiene por qué estar causada por un cristal: el agua también realiza ese mismo truco, y será importante cuando regresemos al asunto del arco iris. Es la refracción la que hace que una rama parezca curvada cuando la introducimos en un río. Del mismo modo, la luz se desvía cuando choca con un vaso de agua. Pero ahora viene lo importante. El ángulo de desviación es ligeramente diferente dependiendo del color de la luz. La luz roja se desvía con un ángulo algo menor que la luz azul. Por tanto, si la luz blanca es en realidad una mezcla de luces de colores, tal como suponía Newton, ¿qué ocurre cuando haces pasar una luz blanca a través de un prisma? La luz azul se desvía más lejos que la luz roja, por lo que ambas se separan entre sí cuando emergen por el otro lado del prisma. Y las luces amarilla y verde quedan por medio. El resultado es el espectro de Newton: todos los colores del arco iris, organizados en el orden correcto del arco iris: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta.
Newton no fue la primera persona que creó un arco iris con un prisma. Otros ya habían obtenido el mismo resultado. Pero muchos de ellos pensaron que el prisma «coloreaba» de alguna forma la luz blanca, como si le añadiera un tinte. La idea de Newton fue algo diferente. Él pensó que la luz blanca era una mezcla de todos los colores, y el prisma simplemente los separaba. Estaba en lo cierto, y lo demostró con un par de sencillos experimentos. Primero cogió su prisma, igual que antes, y le colocó una lámina con una ranura muy fina en el camino de salida de los rayos, de manera que únicamente uno de ellos, por ejemplo el rojo, pasará a través de la ranura. Después colocó otro prisma en el camino de ese estrecho rayo de luz roja. El segundo prisma desvió la luz, como siempre, pero lo que salió por el otro extremo solo fue luz roja. No se le añadieron más colores, como habría ocurrido si fuera el prisma el que coloreara esos rayos. El resultado que obtuvo Newton fue exactamente el que esperaba, lo que confirmó su teoría de que la luz blanca es una mezcla de luces de todos los colores.
El segundo experimento fue aún más ingenioso, utilizando tres prismas. Se denominó Experimentum Crucis de Newton, que en latín significa «experimento crucial»; o podríamos llamarlo también «experimento que realmente resuelve el argumento».
En la imagen de la izquierda puedes ver una luz blanca atravesando el hueco de la cortina de Newton y pasando a través del primer prisma, que la separa en todos los colores del arco iris. Los colores del arco iris dispersos pasan después a través de una lente que los vuelve a unir, antes de que pasen por el segundo prisma de Newton. Este segundo prisma hace el efecto de mezclar de nuevo los colores del arco iris en una luz blanca. Esto terminó de confirmar la idea de Newton. Pero para asegurarse del todo, después pasó ese rayo de luz blanca por un tercer prisma, que volvió a separarlo en los colores del arco iris. Es la explicación más sencilla que podríamos esperar, y que prueba que la luz blanca es, de hecho, una mezcla de todos los colores.
Cómo fabrican las gotas de lluvia un arco iris
Los prismas están muy bien, pero cuando vemos un arco iris en el cielo, no hay un gran prisma colgado allí arriba. No, pero hay millones de gotas de lluvia. Entonces, ¿funciona cada gota de lluvia como un diminuto prisma? Es algo parecido, pero no exactamente así.
Si quieres ver un arco iris tienes que dejar al sol a tu espalda cuando mires hacia la lluvia. Cada gota de lluvia es más una pequeña bola que un prisma, y la luz se comporta de manera diferente cuando atraviesa una bola que cuando atraviesa un prisma. La diferencia es que la parte más alejada de la gota de lluvia actúa como un diminuto espejo. Y por eso necesitas tener el sol detrás de ti si quieres ver un arco iris. La luz del sol da una voltereta dentro de cada gota de lluvia, y es reflejada hacia atrás y hacia bajo, donde choca contra tus ojos.
Así es como funciona. Tú estás de pie con el sol a tu espalda mirando a una cortina de lluvia a lo lejos. La luz del sol golpea a una gota de lluvia (obviamente golpea a todas las gotas de lluvia, pero ten paciencia, ahora llegamos a eso) Llamemos a nuestra gota particular de lluvia A. El rayo de luz blanca golpea a A en su superficie superior, donde se desvía como si fuera la superficie plana del prisma de Newton. Y por supuesto la luz roja se desvía menos que la azul, con lo que el espectro ya se ordena adecuadamente. Ahora todos los rayos de colores viajan a través de la gota de lluvia hasta que golpean su borde de más alejado. En lugar de atravesarla y salir al aire, son reflejados hacia atrás, a la parte más cercana de la gota de lluvia, esta vez la parte más baja del borde más cercano. Y mientras pasan por la parte más cercana de la gota de lluvia, se desvían de nuevo. Y de nuevo es la luz roja la que se desvía menos que la azul.
Por tanto, cuando el rayo de sol abandona la gota de lluvia, ya se ha separado en su espectro adecuado. Los rayos de colores separados han atravesado dos veces el interior de la gota de lluvia y ahora regresan en la dirección en la que estás tú. Si tu ojo se encuentra en el camino de uno de esos rayos, por ejemplo, del verde, verás una luz verde pura. Alguien más bajo que tú podría ver la luz roja procedente de A, y alguien más alto vería la luz azul de A.
Nadie puede ver el espectro completo de una única gota de lluvia. Lo que veis cada uno es solo un color puro. Sin embargo, todos decís que estáis viendo un arco iris con todos los colores. ¿Cómo es posible? Bueno, de momento solo hemos hablado de una gota de lluvia llamada A, pero hay millones de gotas más, y se comportan de la misma manera. Mientras tú ves el rayo rojo de A, hay otra gota llamada B, un poco más abajo que A. Tú no puedes ver el rayo rojo de B porque está cayendo en tu estómago. Pero el rayo azul de B está exactamente en el lugar adecuado para que impacte en tu ojo. Y hay otras gotas más abajo que A, pero más arriba que B, cuyos rayos rojo y azul no dan en tu ojo, pero cuyos rayos amarillo o verde sí lo hacen. De esta forma, muchas gotas juntas logran completar el espectro, en una línea de arriba a abajo.
Pero una línea de arriba abajo no es un arco iris. ¿De dónde procede el resto del arco iris? No olvides que hay otras gotas desplazándose de un lado de la tormenta al otro, y de arriba abajo. Y por supuesto rellenan el resto del arco iris para ti, por cierto. Cada arco iris que ves, trata de completar un círculo entero, con tu ojo en su centro, como el arco iris completamente circular que a veces puedes ver cuando riegas el jardín con una manguera y el sol brilla a través de la cortina de agua. El único motivo por el que no solemos ver el círculo completo es que la Tierra se mete por medio.
Ese es, por tanto, el motivo por el que ves un arco iris en cada fracción de segundo. Pero en la siguiente fracción de segundo, todas las gotas han caído un poco más. Ahora A está donde estaba B, de manera que ahora ves el rayo azul de A, en lugar de su rayo verde. Y no puedes ver ninguno de los rayos de B (aunque el perro sentado a tus pies sí puede). Y una nueva gota de lluvia (C, cuyos rayos no podías ver antes) ha caído ahora hasta la posición en la que estaba A, y es su rayo rojo el que ves.
Por eso el arco iris parece permanecer quieto aunque las gotas que lo forman estén cayendo continuamente.
¿En la longitud de onda adecuada?
Veamos ahora qué es en realidad el espectro —el rango ordenado de colores desde el rojo hasta el violeta, pasando por el naranja, el amarillo, el verde y el azul—. ¿Qué hace que la luz roja se desvíe en un ángulo menor que la luz azul?
Podemos pensar en la luz como vibraciones: ondas. Igual que el sonido está hecho de vibraciones en el aire, la luz está hecha de lo que denominamos vibraciones electromagnéticas. No voy a intentar explicar lo que son las vibraciones electromagnéticas porque me llevaría mucho tiempo (y no estoy seguro de entenderlo del todo yo mismo). El asunto aquí es que aunque la luz es muy diferente del sonido, podemos hablar de vibraciones de alta frecuencia (longitud de onda corta) y vibraciones de baja frecuencia (longitud de onda larga), igual que hacemos con el sonido. Los sonidos más altos —agudo o soprano— significan frecuencia alta, o longitud de onda corta. Los de baja frecuencia, o longitud de onda larga, son sonidos bajos. El equivalente en la luz es que el rojo (longitud de onda larga) es el bajo, el amarillo es el barítono, el verde es el tenor, el azul es el alto y el violeta (longitud de onda más corta), el soprano.
Hay sonidos demasiado agudos para que podamos escucharlos. Se denominan ultrasonidos; los murciélagos pueden oírlos y utilizan su eco para moverse. También hay sonidos demasiado bajos para que podamos escucharlos. Se llaman infrasonidos; los elefantes, las ballenas y algunos otros animales utilizan estos sonidos bajos para comunicarse entre ellos. Las notas más bajas del órgano de una gran catedral son incluso demasiado bajas para que las oigamos, aunque parece como si las «sintiéramos» rebotar dentro de nuestro cuerpo. El rango de los sonidos que los humanos podemos oír es una banda de frecuencias que se encuentra en el medio, entre los ultrasonidos, que son muy altos para nosotros (aunque no para los murciélagos) y los infrasonidos, demasiado bajos para nosotros (pero no para los elefantes).
Con la luz ocurre lo mismo. El color equivalente al ultrasonido que escuchan los murciélagos es el ultravioleta, que significa que está «más allá del violeta» Aunque no podemos ver la luz ultravioleta, los insectos sí pueden. Hay algunas flores que tienen bandas u otros patrones para atraer a los insectos con el fin de que las polinicen, patrones que solo pueden verse en el rango de longitudes de onda ultravioleta. Los insectos pueden verlas, pero nosotros necesitamos instrumentos para traducir los patrones a la parte visible del espectro. La flor onagra de la derecha parece amarilla, sin patrones ni bandas. Pero si la fotografías con una luz ultravioleta podrás ver una serie de bandas. El patrón de la imagen de abajo no es realmente blanco, sino ultravioleta, pero nosotros no podemos ver el ultravioleta, y hemos tenido que representar el patrón con algún color que sí podamos ver, y la persona que hizo el dibujo decidió utilizar el blanco y el negro. Podría haber elegido cualquier otro color.
El espectro va subiendo más y más de frecuencia, mucho más allá del ultravioleta, más allá de lo que cualquier insecto puede ver. Los rayos X podrían definirse como una «luz» más allá de la ultravioleta. Y los rayos gamma están aún más arriba.
En el extremo opuesto del espectro, los insectos no pueden ver el rojo, pero nosotros sí. Más allá del rojo está el «infrarrojo», que no podemos ver, aunque podemos sentir su calor (algunas serpientes son especialmente sensibles a él y lo utilizan para detectar a sus presas) Supongo que una abeja podría llamar al color rojo «infranaranja» Más abajo de los infrarrojos están las microondas, que utilizamos para cocinar. Y aún más abajo (longitud de onda más larga) están las ondas de radio.
Lo que es sorprendente es que la luz que realmente podemos ver los humanos —el espectro o arco iris de colores visibles entre el violeta y el rojo— es tan solo una estrecha banda en mitad del inmenso espectro que va desde los rayos gamma hasta las ondas de radio. La mayor parte del espectro es invisible para nuestros ojos.
El sol y las estrellas emiten rayos electromagnéticos de un rango completo de frecuencias, desde las ondas de radio en el extremo más «grave» hasta los rayos cósmicos en el extremo más «agudo» Aunque no podemos ver más allá de esa pequeña banda de luz visible del rojo al violeta, tenemos instrumentos que pueden detectar esos rayos invisibles. La imagen de la supernova del Capítulo 6 se tomó utilizando los rayos X de la supernova. Los colores de la imagen son colores falsos, como el falso blanco utilizado para mostrar el patrón de la onagra. En la imagen de la supernova, los colores falsos se utilizaron para designar distintas longitudes de onda de los rayos X. Los científicos denominados radioastrónomos toman «fotografías» de las estrellas utilizando ondas de radio en lugar de ondas de luz o de rayos X. El instrumento que utilizan se denomina radiotelescopio. Otros científicos toman fotografías del cielo en el extremo opuesto del espectro, en la banda de rayos X. Aprendemos distintas cosas sobre las estrellas y sobre el universo gracias al uso de distintas partes del espectro. El hecho de que nuestros ojos puedan ver solo a través de una pequeña hendidura en mitad del gigantesco espectro, que podamos ver únicamente una banda estrecha en el amplio rango de rayos que pueden ver los instrumentos científicos, es una estupenda demostración del poder de la ciencia para incitar a nuestra imaginación: un magnífico ejemplo de la magia de lo real.
En el siguiente capítulo aprenderemos algo aún más maravilloso sobre el arco iris. La dispersión de la luz de una estrella distante dentro de un espectro puede indicarnos no solo de qué está hecha la estrella, sino también cuál es su edad. Y son las pruebas de este tipo —las pruebas del arco iris— las que nos permiten determinar la edad del universo: ¿cuándo empezó todo? Puede parecer increíble, pero lo desvelaremos en el siguiente capítulo.