… y entonces, como comentábamos, no hay mejor época para dedicarse a la ciencia que cuando hay crisis y “desastres.” Max Planck, para resolver la catástrofe ultravioleta, sugirió que “por alguna razón” la radiación emitida por el cuerpo negro solo podía tener una energía cuantizada, es decir, en lugar de que la radiación pudiera ser emitida con cualquier valor de energía, esta era emitida solo con ciertos valores discretos. ¿Qué quiere decir esto? Para los físicos de la época, una onda electromagnética (la radiación) podía ser emitida con cualquier valor de energía. Por ejemplo se podía emitir una onda electromagnética con una energía de 10 Joules, o de 9.2 o de 9.999, o de 9.999999 (Joules es unidad de energía así como metro es unidad de distancia) y así para cualquier número, por ejemplo entre 9 y 10. Ya que existe una cantidad infinita de números entre el 9 y el 10, decimos que la energía puede variar continuamente. Si por alguna razón la energía solo puede tomar valores enteros (9 o 10 Joules, pero no 9.5 o 9.99), entonces decimos que varía en forma discreta.
Planck postuló que la radiación emitida llevaba una cantidad de energía fija, o el doble, o el triple, pero nada intermedio: no podía variar continuamente. ¡No! Por alguna razón, que por cierto Planck no explicó, si se suponía que la radiación se emitía con energías discretas, utilizando la teoría electromagnética de Maxwell, se podía reproducir de manera satisfactoria los resultados experimentales.
El mismo Planck no entendía cómo es que eso era físicamente posible. En realidad pensó que solo se trataba de un truco matemático que estaba escondiendo alguna cosa por ahí que no estaba bien entendida. Así, al introducir la semilla de lo que se convertiría en la revolución más impresionante en el entendimiento de la naturaleza hasta ahora, no fue consciente en ese instante de ello y se mantuvo, dentro de lo que cabe, bastante conservador. Por cierto que en el análisis matemático del proceso de radiación del cuerpo negro fue necesaria la introducción de una nueva constante de la naturaleza, la cual se determinó al ajustar las ecuaciones con las observaciones, y resultó ser una constante fundamental asociada a todos los fenómenos microscópicos. No ha de sorprendernos que se le haya llamado “constante de Planck.” Simbólicamente está dada por la letra “h.”
El “explicar” la radiación de cuerpo negro calmó los nervios por un rato, aunque con un sabor de boca medio desagradable. Ya no se tenía la famosa catástrofe ultravioleta, pero se tenía que suponer que la radiación solo podía ser emitida con ciertos valores discretos de energía. No existía nada en la física de la época que pudiera explicar o dar sustento a esa suposición. Funcionaba pero no era considerada como una realidad. En fin, un mal sabor de boca. Bueno, para los viejos, ya que los jóvenes tomarían esas ideas, se las apropiarían y cambiarían la vida de todos los seres humanos.
La primera persona en considerar que el truco de Planck no era un truco sino un descubrimiento, fue un joven físico alemán algo conocido en la actualidad, Albert Einstein. En lugar de pensar que la radiación tenía energías discretas, Einstein especuló que en realidad la radiación no era una onda como se había supuesto todo el tiempo, sino que era un conjunto de entes individuales, muy pequeños, cada uno de los cuales tenía una cierta cantidad de energía: ni más ni menos. En otras palabras Einstein postuló que las ondas electromagnéticas – y por lo tanto la luz – eran en realidad un montón de partículas con energía bien definida. A estas partículas se les dio el nombre de fotones.
Einstein introdujo esa idea para explicar otro fenómeno que atacaba el sueño de los científicos de la época, algo conocido como el efecto fotoeléctrico. Este consiste en la posibilidad de que luz incidente en un metal pueda generar una corriente eléctrica (el principio por el cual funcionan las celdas solares, o las calculadoras que no utilizan baterías). La física clásica tampoco podía describir ese fenómeno y Einstein se dio cuenta de que tomando la idea de Planck seriamente, es decir, suponiendo que no era un truco sino una realidad física, él podía explicarlo. Para demostrarlo tuvo que reproducir resultados experimentales y al hacerlo obtuvo el mismo valor para la constante de Planck. Esto fue un importante indicio de que se estaba descubriendo una nueva física fundamental. Una física que opera en el mundo microscópico y que resulta ser muy distinta a la que impera con cosas de nuestro tamaño.
Recordemos que la pregunta inicial que nos hicimos hace un par de entradas fue ¿cómo sabemos de qué están hechas las estrellas? Tengamos paciencia, ya llegaremos a ello.
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