La energía cuantizada se descubrió de forma muy ingeniosa, ya que fue la casualidad la que consiguió que se iluminara un camino que hasta entonces había sido muy oscuro. La herramienta a través de la que se consiguió fue la física estadística y la persona que lo logró fue el físico alemán Max Planck (1858-1947) al que gracias a este hallazgo se le considera el padre de la física cuántica.
El punto de partida de Planck para el descubrimiento fue su intento de resolver un problema que tenía la física en su época. Para que entiendas cuál period el problema debes saber que en una fuente de radiación, la baja frecuencia, por ejemplo, es el rojo y las frecuencias más altas son el morado, eso dentro de la energía seen. Más allá del morado, es decir, con más energía, está el ultravioleta y más allá del rojo, con menos energía, el infrarrojo. El problema estaba en que se veía que la cantidad de energía que llegaba period diferente según la frecuencia principal a la que la fuente emitiera, —aunque las fuentes emiten en todas las frecuencias, tienen una que es la basic—.
Había una ley que decía que esto dependía de la temperatura al cuadrado de la frecuencia, a frecuencias bajas. Lo que resulta de esta ley es una parábola, por el cuadrado. Y esta parábola tenía la apariencia como de unos cuernos hacia arriba. El resultado period disparatado, para las frecuencias altas, la densidad de energía asociada period excesivamente alta.
Tan disparatado que se le conocía como la catástrofe ultravioleta. Como esto no funcionaba, había otra gente, otros investigadores, que decían, pues en vez de la frecuencia al cuadrado, y como resultado de las observaciones experimentales, vamos a ponerla al cubo y además le vamos a añadir un término que corrija esto. Cuando la frecuencia crecía mucho, se introducía un término matemático que corregía el resultado y evitaba el problema que existía en la otra ley que estaba en competición. Es decir, lo que hacían en los resultados experimentales period, matemáticamente, añadían esa expresión que corregía los experimentos.
Para entender lo que sucedió es necesario que te diga que en ese momento la física estadística estaba empezando a hacer muchos avances. Y lo que se sabía en estadística period que la energía iba a depender de todos los posibles estados de todas las posibles maneras de colocarse que podían tener las moléculas de las radiaciones. Entonces Planck pensó, vamos a hacer como si esto fueran osciladores armónicos, como pequeños muelles que cada uno vibra con una cierta frecuencia y que solo pueden vibrar en frecuencias cuantizadas, lo que quiere decir que solo podían vibrar a ciertas frecuencias permitidas. O lo que es lo mismo, que la energía no sería continua.
Con lo que sabía de física estadística, Max Planck mezcló esta thought con las dos fórmulas matemáticas y con lo que se veía a altas y bajas frecuencias. Y de repente, funcionó. Pero como él period teórico, no fue consciente de lo que había descubierto. Vio que funcionaba, pero no encontró la thought para explicarlo. Cuando Einstein explicó el fenómeno fotoeléctrico ya se vio que esos saltos en la energía, esas vibraciones, eran posibles.
Entender que la energía estaba cuantizada lo cambio todo. Es la base de la física cuántica. Aunar esta teoría con la experimentación cambió el mundo que conocíamos. Él pasó de asumir una energía continua a una energía que va a saltos es un cambio de concepto radical. Y realmente, cuando se entra en el mundo microscópico esa cuantización se ve en un montón de sistemas, no solo en los fotones. Lo ves en los estados del átomo. Es decir, que no solo entendieron cómo explicar la luz, sino que comprendieron cómo explicar átomos individuales, moléculas… Toda la física del estado sólido se basa en esto, en entender cómo son esos estados. Toda la cuantización que vino después avanzó gracias a este aval experimental y otros aún más importantes como el efecto fotoeléctrico. Había nacido la física cuántica.
Ruth Lazkoz es doctora en Física y profesora e investigadora de la Universidad del País Vasco.
Pregunta enviada por José Manuel Teodoro.
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