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¿Por qué no podemos ver la luz infrarroja?

Puede darse el caso de que halles algún problema en tu código o proyecto, recuerda probar siempre en un entorno de testing antes añadir el código al proyecto final.

Solución:

Una explicación basada en la física y amigable para el sobrino:

Nuestros cerebros y nervios funcionan basándose en impulsos eléctricos, que son pequeñas ráfagas de corriente eléctrica. La electricidad es lo que sucede cuando eliminas los electrones de un átomo o molécula y los mueves a otro cercano. En algunos materiales, como metales o líquidos fuertemente ionizados como la sangre, es fácil mover los electrones y hacer que fluya la corriente eléctrica. En otros materiales, como plástico, goma o hueso, es más difícil hacer que los electrones se muevan.

Se necesita energía para hacer que un electrón se aleje de un átomo. En los conductores, solo se necesita un poco de energía; en aisladores, se necesita mucha energía. La cantidad de energía que se necesita para liberar un electrón se denomina “función de trabajo” o “energía de ionización”, según exactamente lo que esté haciendo, y se mide en voltios. (Bueno, técnicamente son electronvoltios, pero esa palabra compuesta hace que la gente se duerma instantáneamente). Si empuja la misma cantidad de electrones, la misma corriente, de una batería de nueve voltios, lo hace unas seis veces la cantidad de trabajo de una pila AA de 1,5 voltios.

Si golpea un átomo con algo de energía pero no es suficiente para liberar el electrón por completo, a veces puede hacer vibrar los electrones alrededor del átomo. Pero el átomo no puede vibrar de ninguna manera: solo se permiten ciertas frecuencias. Si intentas darle energía a un átomo en una cantidad que no está permitida, los electrones del átomo simplemente te ignoran. Es como encontrar una máquina expendedora que dice “sólo monedas de veinticinco centavos”: si tienes un bolsillo lleno de monedas de diez centavos y un dólar, entonces es una lástima.

Sucede que vivimos en un mundo donde las energías de ionización para las cosas son típicamente de tres o cinco o diez voltios, y las energías de excitación electrónica son típicamente de uno o dos o tres voltios.

La luz es la forma en que las cargas eléctricas intercambian energía entre sí. La luz viene en grumos, llamados “fotones”, cada uno de los cuales transporta una cierta cantidad de energía. Resulta que la energía en cada bulto está directamente relacionada con su color: la luz violeta tiene más energía por bulto que el azul, el azul más que el verde, el verde más que el amarillo, el amarillo más que el rojo y el rojo más que el infrarrojo. Cuando visible la luz golpea las proteínas pigmentarias en la retina, hace que los electrones vibrar; que pone en movimiento la maquinaria para enviar un impulso eléctrico a su cerebro. Cuando ultravioleta la luz golpea esas moléculas de pigmento, las ioniza, lo que hace que las moléculas se deshagan y ponga en movimiento un mecanismo diferente (“limpieza en el pasillo cuatro”). Y cuando infrarrojo la luz golpea esas moléculas de pigmento, no tiene suficiente energía para hacer que las vibraciones electrónicas se vayan, por lo que no obtienes información sobre la luz infrarroja: estás en la máquina expendedora, pero solo con monedas de diez centavos. Los fotones de luz visible tienen energías de aproximadamente 1,8 voltios (rojo) a aproximadamente 3 voltios (violeta).

Toda la historia es más complicada que esto porque las diferentes formas en que una molécula puede vibrar dependen muy sensiblemente de su forma, pero esa es la idea básica. Esta es también la razón por la que la luz ultravioleta es más peligrosa que la luz visible: además de romper las moléculas de pigmento, los fotones ultravioleta tienen suficiente energía para romper las moléculas de ADN.

La luz infrarroja puede hacer un molécula vibrar, que es lo que llamamos calor. (Es más fácil hacer vibrar una molécula entera porque las moléculas son grandes y flexibles, mientras que los electrones se mantienen cerca de sus átomos con una correa corta y rígida). Las serpientes de pozo tienen una membrana delicada que parece detectar el calor radiante al hacer que el aire caliente fluir a través de un poro; puede ver de inmediato que este sentido termomecánico es completamente diferente del método electroóptico que nosotros (y las serpientes con ojos) usamos para ver la luz visible.

La radiación infrarroja es absorbida por el agua, tanto el vapor de agua atmosférico como el agua líquida.

A continuación se muestra un gráfico de la transmisión del agua en varias longitudes de onda. Observe que faltan por completo algunas bandas bastante grandes. Esta luz no puede llegar a tus ojos porque el aire la absorbe.

Absorción de infrarrojos atmosféricos

Además, nuestros globos oculares están llenos de agua. Esta agua también absorbe la radiación infrarroja antes de que llegue a nuestras retinas. A continuación se muestra un gráfico de la cantidad de luz que absorbe el agua líquida por longitud de onda.

Absorción de agua líquida

Esta explicación también explica por qué no podemos ver la luz ultravioleta. Aquí hay un gráfico de todas las longitudes de onda que pudimos ver frente a la cantidad que se puede transmitir a través del aire.

Transmisión atmosférica

Esencialmente, nuestros ojos evolucionaron para ver la luz visible porque esa es la única luz que hay para ver.

Los objetos calientes, como los seres humanos y los animales de sangre caliente, emiten radiación IR. Pocas criaturas tienen visión IR, como las serpientes. Significativamente, las serpientes son de sangre fría. La visión IR sería ventajosa en la lucha por la supervivencia de la mayoría de las criaturas; con la visión IR, podría distinguir criaturas vivientes (calientes) con camuflaje de sus fondos y ver criaturas vivientes (calientes) por la noche.

Puede haber muchos obstáculos para la evolución de la visión por infrarrojos; debe considerar si los ojos sensibles a los infrarrojos podrían evolucionar en pasos ventajosos graduales e incrementales. Sin embargo, dado que las serpientes tienen visión IR, cualquier obstáculo que exista debe ser superado.

Creo que el gran problema es que los humanos son de sangre caliente. Eso significa que la cabeza detrás de los ojos y los ojos mismos (supongo que el ojo también está a la temperatura corporal), emiten radiación IR. Este ruido de fondo puede hacer que sea imposible tener un ojo sensible a los infrarrojos útil. Sería como intentar leer un libro mientras alguien ilumina tus ojos con una antorcha brillante.

Podríamos haber podido evitar esto al tener ojos fuera de nuestros cuerpos, como una antena extraña, al desarrollar una especie de gafas que transforman el IR en luz visible en la parte frontal de nuestro ojo, o tal vez ser algún tipo de protección detrás del ojo. Células sensibles a infrarrojos. Creo que estas cosas son probablemente lo suficientemente “irreductiblemente complejas” como para hacerlas muy difíciles de alcanzar mediante la evolución.

Esto solo podría ser un problema para la radiación IR de longitudes de onda particulares similares a la temperatura del cuerpo humano. Quizás podamos ver otras longitudes de onda de infrarrojos. Sin embargo, dado que la mayoría de los animales de sangre caliente tienen una temperatura similar a la de los humanos, $ sim37 ^ circ $, no sería ventajoso ver tales longitudes de onda, por lo que no es de extrañar que no hayamos desarrollado esta adaptación.

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