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Existe una ventana de tiempo en la historia en donde los científicos eran conocidos con otros nombres, los astrónomos eran los astrólogos de la época y los químicos eran los alquimistas. Desde el inicio y con muchas limitaciones, el ser humano ha tratado de encontrar explicaciones al comportamiento de la naturaleza y desde entonces, ha aprovechado para crear también nuevo conocimiento,, traducido en tecnología. Por otro lado, al no encontrar respuestas razonables o ecuaciones que describan ciertos fenómenos químicos, biológicos, etc, muchas veces nos volvemos hacia creencias en seres superiores, que ordenan todo y que rigen la naturaleza a su antojo. La ciencia utilizada por estos alquimistas en la edad media no era tan protocolar ni rígida como lo es hoy en día. No habían referees para publicar, quiero imaginarla mucho más divertida y peligrosa, aplicando muchas veces filosofía, mitos, dogmas y leyendas. Es decir, prueba, error y suerte. Evolucionando ésta con el tiempo, la ciencia se tradujo en muchos casos en leyes universales, además de hermosas obras de arte. Esto último es el tema principal de este post. Vamos a explicar un fenómeno óptico, que observé durante la visita a una capilla medieval este fin de semana. Ven los colores que se forman en el piso cuando la luz atraviesa el vitral en la imagen superior?

Dejemos volar la imaginación, y entremos a una de las catedrales más importantes en Francia; nos encontramos en la Catedral de Notre Dame de Chartres (nuestra señora de Chartres) ubicada en el valle de la Loire al sur-oeste de Paris y construida entre 1205-1240 d. C. Esta hermosa catedral medieval (Figura de la izquierda) presenta 172 vitrales muy conocidos por su tamaño y belleza. Ellos han sido estudiados no solo por las instituciones encargadas del cuidado del patrimonio nacional, sino también, por el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS, por sus siglas en francés). Es en este punto en donde entra la ciencia, pues se encuentra detrás de los hermosos colores que adquiere la luz al atravesar los vitrales o al dispersarse debido a ellos.

Los artesanos que trabajaban el vidrio hace cientos de años, encontraron que era posible crear efectos ópticos, si se contaminaba el vidrio con partículas muy finas de Oro (Au) o Plata (Ag). Se cree que esto debió darse de manera accidental y sin  tener conocimiento pleno de lo que se estaba aconteciendo, 100% alquimia. Un ejemplo muy claro de los efectos ópticos en la antigüedad lo encontramos en la copa de Lycurgus (La copa “tal vez fabricada en Alejandría” o Roma hacia el 290-325 a. C., mide 16.5 x 13.2 cm). En la figura podemos ver como al iluminarla frontalmente tiene una composición de color verduzco, mientras si se coloca la fuente de luz detrás, tiene un color rojizo.  Los vitrales de la catedral de San Chartres nos muestran cómo la combinación de óxidos y elementos como los metales nobles se utilizaron para dar color a las historias y cuentos. Este conocimiento era cuidado como un tesoro y transmitido de generación en generación.

Actualmente conocemos que cuando la luz blanca (onda electromagnética que se compone por ondas de diferentes colores) se transmite o se refleja a través de las capas compuestas de estas nanopartículas de metales como oro, plata, cobre, cobalto, etc, se genera la interacción entre el campo eléctrico E de la onda y los electrones libres de los metales añadidos al vidrio, haciéndolos oscilar. Al excitarse estos electrones, se crea una cuasi partícula llamada polariton (conocida también como plasmón), la cual puede, para ciertos valores de frecuencia, entrar en resonancia y absorber ciertas longitudes de onda, es decir ciertos colores. Esto produce que otros colores sean reflejados o transmitidos y sean los predominantes (copa de Lycurgus). Como en el caso del vitral de la figura, ciertas nanopartículas absorben ciertos colores dejando a la vista de los visitantes otros.  En el caso de la copa de Lycurgus, podemos ver que al transmitirse y al reflejarse se generan dos colores distintos. Este efecto se conoce como Resonancia de Plasmón Superficial.

 

Actualmente las investigaciones se basan en poder controlar el color de suspensiones coloidales controlando el tamaño nanométricos de las partículas, su forma y la concentración de materiales que las conforman. En la figura de abajo podemos ver como los colores cambian. Hoy en día muy pocas iglesias tienen vitrales como los de la catedral de Notre Dame de Chartres. Ya saben que preguntarle a la guia cuando visiten iglesias.

Nahuel Monteblanco, PhD

@nmonteblanco