...blau, blau, blau és tot el que jo tinc! ...

I per fi ha arribat el dia. En un matí de ressaca examinil, on tothom que hagi fet un examen de mecànica quàntica i sigui humà, sap que no es pot pensar gaire l'endemà... m'he decidit a escriure el post que feia tan de temps que tenia pendent.

El famós: per què el cel és del color que és???

Bé, tot s'ha de dir, ha ajudat molt el fet que l'altre dia se m'insinués entre birra i birra que potser ja era hora d'anar-lo escrivint... que era una pregunta que pica molt. Doncs fil a l'agulla!!!

LA INVASIÓ DELS FOTONS (o... EL DIA)

Per començar a veure d'on prové el color començarem pel més essencial.
Pensem en el que veiem en el cel de dia, i el que veiem en el cel de nit. Tot i que pugui semblar una tonteria ens ajudarà molt a fixar-nos en el pilar de l'explicació posterior.

Situació 1: Diumenge al matí, hem anat d'excursió ens acabem de llevar. Ens estirem al terra en un matí relaxat... podrem observar el que ens deixen entreveure els propietaris d'aquestes mans. El cel és blau. Amb les variants de núvols que hi poguem trobar i amb el sol com a focus únic i eclipsador de la resta d'estrelles que ens envien la seva llum des dels racons més amagats de l'univers.

Situació 2: Una nit de dissabte. Sortim del cine de veure RAY (per posar un exemple), i quan encara anem tarararejant les seves melodies... ens assentem un moment al banc de la plaça per decidir què fem. Si la contaminació lumínica ens deixa veure alguna cosa, el que veurem serà un espectacle molt diferent. El Sol ja no il·lumina la nostra zona de la Terra i per tant, l'univers que tenim fora no queda eclipsat. Podem observar planetes, galàxies, cúmuls, nebuloses, estrelles... la resta de cel... negre.

Fent la distinció entre els dos casos, podem intuir que el color blau del cel el que el provoca és la llum del Sol. Quan no hi ha llum solar tot és molt senzill, on no hi ha situat cap cos celest veiem el cel negre (o el que és el mateix, absència de llum) i on si que n'hi ha algun el veiem degut a la llum que ens envia a la Terra.

Però quan l'astre més proper ens il·lumina les coses es compliquen i no podem fer tantes simplificacions. Ens veiem immersos la llum ja no podem dir que provingui d'un punt concret, sinó que és una "invasió general" per entendre'ns.

LA CAUSANT: L'ATMOSFERA

Com fem habitualment, anem a veure de més a prop al que suceeix i la física ens conduirà cap a una explicació que fins al moment sembla la raonable.

La llum quan arriba a la terra amb el primer que es troba és amb l'atmosfera. El que trobarem serà una interacció entre llum i les partícules que conformen l'atmosfera. Com ja vaig explicar mentre paràlvem de transparències quan trobem interaccions entre partícules i llum, tractem a la llum amb una barreja de ona-particula.

Quan un fotó (la llum) arriba amb l'atmosfera ha d'interaccionar amb les partícules que la formen. Aquestes encara que estiguin molt separades les unes de les altres hi són. Trobem les diferents molècules i àtoms de tots els gasos que ens protegeixen de radiacions més agressives (els rajos gamma, els X, els ultraviolats) però que a la llum la deixen passar. Però com tot en aquesta vida té un cost, també ho té atravessar l'atmosfera.

Cada partícula amb la que interacciona un fotó és bastant més petita que el "tamany" que a aquest se li adjudica (que va en funció de l'energia que tingui). En el moment de la interacció succeeix el mateix que ja vau llegir en el post anterior.

Però aqui la diferència és que els fotons si que poden aportar quantitats d'energia concretes als electrons dels diferents àtoms. Una vegada els electrons estan en estats d'energia superior a la que els correspon per naturalesa, el que fan és tornar a la seva posició d'equilibri. Per fer-ho òbviament han d'alliberar una quantitat d'energia determinada: la que els separa el seu nivell amb el nivell excitat on són. Aquesta energia serà un altre fotó, que veurem en forma de llum si té l'energia corresponent en l'espectre d'ones electromagnètiques.

UN COLOR => UNA ENERGIA

I aquí és on intervé Lord Rayleigh (que no és cosí de Ray Charles, com algú pugui pensar...), aquest senyor tan simpàtic de l'esquerra. Un baró anglès de principis de segle XX que va trobar una llei de difusió que es dóna quan les partícules que la provoquen són molt més petites que la longitud d'ona de la llum que hi interactua.

I en aquesta llei hi trobem el motiu que explica perquè el cel és blau: la relació que estableix és entre la intensitat de la llum difosa i la seva longitud d'ona.

Concretament la relació és "inversament proporcional a la longitud d'ona elevada a 4". És a dir, que com més gran sigui la longitud d'ona, més petita serà la intensitat que se'n difondrà. I per tant, menys llum d'aquell color veurem.

Com és evident, només ens queda veure a quin color pertanyen les longituds d'ona més curta del visible i aleshores ja tindrem el color que en principi ha de predominar sobre la resta en el cel, ja que és el que és emès en una intensitat més forta amb diferència degut a la difracció de les partícules de l'atmosfera.

Si recuperem el gràfic que ja hem utilitzat altres vegades i que relaciona el tipus d'ona electromagnètica amb la longitud d'ona en nanòmetres que té...

Si els píxels ens deixen (espero que així sigui), podeu comprovar com la longitud d'ona més curta és la de coloooor... BLAU!!!