Durante más de un siglo ha existido un debate en física sobre cómo cambia el impulso de la luz al atravesar un material, enfrentando las teorías de Abraham y Minkowski. Un estudio teórico reciente, divulgado por Muy Interesante, propone integrar ambas posturas incorporando el espín cuántico de la luz, lo que aclara cómo se transfiere su momento lineal al interactuar con la materia.
La propuesta aporta una perspectiva renovada sobre un problema fundamental y sugiere avances potenciales en tecnologías ópticas y cuánticas. Desde los primeros estudios sobre refracción —el cambio de dirección de un haz al pasar por agua o vidrio—, la cuestión central fue si la luz gana o pierde impulso dentro de un medio.
La teoría de Minkowski afirma que el impulso aumenta al entrar en un medio más denso, mientras que Abraham sostenía que disminuye por la menor velocidad de propagación. Estas dos interpretaciones coexistieron durante décadas ofreciendo resultados opuestos que no se conciliaban fácilmente con las mediciones.
El modelo desarrollado por Adam B. Cahaya no descarta ninguna teoría previa, sino que las unifica mediante el espín, la rotación interna cuántica de la luz. Según Cahaya, “El impulso de Abraham es el valor esperado del momento proyectado sobre el espín, y el de Minkowski es su magnitud”. Así, cada impulso representa una faceta distinta del mismo fenómeno físico.
El trabajo se apoya en una formulación inspirada en la ecuación de Dirac, utilizada para describir partículas relativistas. Desde ese marco, el espín se incorpora a las ecuaciones que describen la propagación de la luz en medios dieléctricos, permitiendo tener en cuenta su estructura cuántica interna al atravesar materiales.
El modelo considera que la luz está formada por componentes de polarización derecha e izquierda que interactúan indirectamente a través de las oscilaciones de los dipolos del material. Esta interacción produce un “temblor cuántico” (zitterbewegung), un efecto característico de soluciones tipo Dirac y ahora previsto también para la luz en medios.
Ese temblor surge del acoplamiento entre las componentes internas de la luz. Los cálculos indican que el comportamiento de la luz en un medio depende de su estructura cuántica interna, de modo que la refracción deja de ser vista solo como un fenómeno geométrico y se interpreta también como resultado de dinámicas internas.
En términos simples, la luz contiene partes internas que se mueven e interactúan, y esas interacciones influyen en cómo cambia su dirección al pasar de un material a otro; no es solo un desvío externo, sino algo que también ocurre en su interior.
El modelo predice además que el impulso de Minkowski corresponde a la magnitud del momento derivada de la dispersión energía-momento del sistema, y se relaciona con la ley de Snell que determina la trayectoria óptica. Por su parte, el impulso de Abraham aparece como el valor medio de la transferencia energética ejercida por la fuerza de Lorentz sobre los dipolos del material.
Dicho de otro modo, ambos impulsos emergen del mismo marco físico: uno describe cómo y hacia dónde se mueve la luz al entrar en un material, y el otro cuantifica cuánta energía entrega la luz a las unidades elementales del medio (los dipolos).
Cahaya sugiere que el temblor cuántico podría detectarse manipulando paquetes de onda en medios estructurados o mediante medidas sensibles a la polarización, como las realizadas en cavidades ópticas. Integrar el espín en el modelo abre posibilidades para diseñar materiales fotónicos, sistemas de manipulación óptica y dispositivos de computación cuántica con fotones.
El planteamiento aclara el dilema conceptual y ofrece a la comunidad científica y tecnológica nuevas herramientas para controlar el impulso de la luz en sistemas avanzados. En lugar de invalidar las teorías antiguas, las sitúa como descripciones complementarias dentro de un contexto físico más amplio.
En resumen, con técnicas adecuadas de manipulación y medida de la polarización podría observarse el temblor cuántico predicho, y considerar el espín cuántico en modelos de propagación facilita imaginar aplicaciones prácticas que aprovechen mejor la luz en tecnologías modernas.
