14 de diciembre de 1900

El 14 de diciembre de 1900, Max Karl Ernst Ludwig Planck presentó en una reunión de la Sociedad Alemana de la Física un trabajo titulado “La teoría de la ley de distribución de energías del espectro normal”. La poca atención que generó en ese momento no hacía justicia a la revolución en el mundo de la física que iba a significar.

Max Planck en 1910

En el siglo XIX, el mundo de la física se consideraba prácticamente cerrado con las teorías de Newton y Maxwell. Todo estaba determinado y se pensaba que los fenómenos que todavía no habían podido ser explicados acabarían por resolverse con las leyes disponibles. No obstante, algunos fenómenos seguían resistiéndose a estas leyes de forma pertinaz. Uno de ellos era la radiación de cuerpo negro.

¿Qué es un cuerpo negro?

Se trata de un sistema físico idealizado empleado para el estudio de la radiación electromagnética. Consiste en un objeto que absorbe toda la luz y energía que incide sobre él, sin reflejar nada. El cuerpo negro emite luz por el calor propio del cuerpo, pero no por el reflejo de la energía que incide sobre él.

La forma más cercana que se puede conseguir para emular un cuerpo negro es una cavidad que da acceso a una cámara. La radiación que incide en el agujero entra en la cámara y va reflejándose dentro del cuerpo. Si el tamaño de la cámara es lo suficientemente grande respecto a la cavidad, esta última no reflejará la luz o energía que incida sobre ella, ya que la radiación incidente acabará absorbiéndose por parte del cuerpo tras varias reflexiones. Por tanto, la energía emitida dependerá únicamente del calor del cuerpo.

¿Y qué problema existía con el cuerpo negro?

El cuerpo negro emitía energía a lo largo del espectro electromagnético debido a la temperatura a la que se encontraba.

Según la teoría clásica, el cuerpo negro emitía una energía infinita a longitudes de onda pequeñas. La Ley de Rayleigh-Jeans modelizaba perfectamente el comportamiento con longitudes de onda grandes (zona roja del espectro) y Willhelm Wien había ideado una teoría que se ajustaba a la zona violeta del espectro (longitudes de onda pequeñas). El problema era que ninguna de las dos teorías ajustaba el espectro al completo.

Se producía entonces la llamada “catástrofe ultravioleta”: la intensidad emitida en longitudes de onda pequeñas era infinita según la teoría, pero imposible en la práctica.

Planck utilizó una noción inédita para hacer coincidir la teoría con la práctica. Se trataba de considerar la energía desprendida por el cuerpo en pequeñas unidades de energía, al igual que la materia se dividía en átomos. Con esta idea en mente, denominó a su unidad de energía cuanto (quantum) y propuso que la radiación absorbida sólo podía ser un número entero de cuantos.

Además, manifestó que la cantidad de energía de los cuantos dependía de forma inversamente proporcional a la longitud de onda de los mismos y, con ello, definió una nueva constante que acabaría llamándose constante de Planck y su famosa fórmula: E = hf (donde h era la constante de Planck y f la frecuencia de la onda electromagnética).

Sin saberlo, Planck había intuido la existencia del fotón e iniciaba un nuevo camino en la física, el cual acabaría teniendo como denominativo su cuanto.

Bibliografía

– Física Cuántica. Eisberg, Resnick.

– Apuntes Tema 1 Fundamentos de la Física III..  Uned

– Nueva guía de la ciencia – Ciencias Físicas. Isaac Asimov

– Bohr y la teoría cuántica. Paul Strathern

– www.nobelprize.org

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Publicado el 16 septiembre, 2012 en Pioneros de la cuántica. Añade a favoritos el enlace permanente. 3 comentarios.

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