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17 de agosto de 2013

“Max Planck, revolucionario a pesar suyo” por J.M. Sánchez Ron

max Planck | credit: Wikimedia Commons

Max Planck | credit: Wikimedia Commons

Este texto de José Manuel Sánchez Ron apareció originalmente en el número 4 de la revista CIC Network (2008) y lo reproducimos en su integridad por su interés.

El 23 de abril de este año, 2008, se cumplieron 150 años del nacimiento de un físico, Max Planck (1858-1947), que puso en marcha una de las mayores grandes revoluciones de toda la historia de la ciencia, la de la física cuántica, cuyos frutos terminarían cambiando el mundo. Fue en 1900 cuando Planck obtuvo el resultado por el que le recordamos, un resultado que no encajaba bien con la continuidad que la física suponía hasta entonces para la radiación electromagnética. Estrictamente, lo que halló es que para explicar la ley –que él mismo había introducido muy poco antes, de forma semiempírica– de la radiación de un cuerpo negro (radiación de todas las longitudes de onda en equilibrio) era necesario utilizar una expresión asociada de alguna manera a la radiación electromagnética: su célebre fórmula E=hv esto es, energía igual a una constante (luego denominada Constante de Planck) multiplicada por la frecuencia (el inverso de la longitud de onda) de la radiación. En principio, la lectura inmediata de este resultado es que la radiación electromagnética, y por consiguiente la luz, hasta entonces, repito, considerada una onda continua, estaba compuesta de “partículas” independientes, de cuantos como finalmente fueron denominados, cada uno de los cuales dotado de una energía igual a hv

Planck no pudo aceptar tal conclusión. De una forma u otra se pasó una buena parte del resto de su vida tratando de evitarla. Más de treinta años después, en una carta que escribió el 7 de octubre de 1931 al físico estadounidense Robert W. Wood, recordó que, “resumido brevemente, se puede describir lo que hice como un acto de desesperación. Por naturaleza soy pacífico y rechazo toda aventura dudosa. Pero por entonces había estado luchando sin éxito durante seis años (desde 1894) con el problema del equilibrio entre radiación y materia y sabía que este problema tenía una importancia fundamental para la física; también conocía la fórmula que expresa la distribución de la energía en los espectros normales (ley de radiación de un cuerpo negro). Por consiguiente, había que encontrar, costase lo que costase, una interpretación teórica… Boltzmann había explicado cómo se establece el equilibrio termodinámico mediante un equilibrio estadístico, y si se aplica semejante método al equilibrio entre la materia y la radiación, se encuentra que se puede evitar la continua transformación de energía en radiación suponiendo que la energía está obligada, desde el comienzo, a permanecer agrupada en ciertos cuantos. Esta fue una suposición puramente formal y en realidad no pensé mucho en ella”. 

Recurrir a la explicación que Boltzmann había dado de la entropía, en la que se utilizaban probabilidades fue especialmente doloroso para Planck porque lo que él siempre buscó en la ciencia son absolutos; de hecho, lo que estaba intentando cuando llegó a la expresión para la radiación de un cuerpo negro, que le llevaría a los cuantos, era explicar el crecimiento de la entropía sin recurrir a las probabilidades de Boltzmann. Así es, no obstante, la investigación científica: puede conducir a lugares insospechados.



Fue un joven y todavía desconocido físico empleado en la Oficina de Patentes de Berna de nombre Albert Einstein quien, cinco años más tarde (1905), se tomó en serio la discontinuidad que Planck no aceptaba, mostrando que para explicar una serie de fenómenos (como el célebre efecto fotoeléctrico) era necesario suponer que a veces la luz se comporta como un conjunto de cuantos de luz regidos por los resultados de Planck, y otras como una onda continua. Por este trabajo, Einstein recibió el premio Nobel de Física de 1921. Tres años antes, el galardón había recaído en Planck, “en reconocimiento”, como se lee en el comunicado oficial de la Academia Sueca, “a los servicios que ha prestado al avance de la Física con su descubrimiento de los cuantos de energía”.

Hasta aquí lo esencial de las contribuciones científicas de Planck (nunca volvió a alcanzar alturas comparables a las de 1900), pero su biografía no se limita a esto y contiene apartados de gran interés; es preciso, por consiguiente, volver atrás.

Tomado de:

Cuaderrno de Cultura Científica

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