Nacimiento de la Cuántica

El origen de la mecánica cuántica se debe al estudio de tres fenómenos fundamentales de la física, los cuales son mencionados a continuación:

I. Los Espectros

Cando la luz del Sol atraviesa un prisma se forma un arco iris, un degradado continuo de colores.

Cada color de este espectro continuo se caracteriza por una frecuencia o, por su equivalente longitud de onda. Recordemos que el producto de la frecuencia por la longitud de onda es igual a la velocidad de propagación de la onda.

Ahora, si la luz emitida por un gas calentado hasta alcanzar la incandescencia, se hace pasar por un prisma no se observa un degradado de colores, solamente unas líneas brillantes en ciertos valores de la frecuencia; por tal razón, se dice que en este caso se obtiene un espectro discreto de emisión.

Por otro lado, si se analiza mediante un prisma la luz blanca que ha pasado antes a través de un gas, se observa que sobre el espectro continuo aparecen superpuestas unas rayas oscuras, precisamente a las frecuencias de las rayas brillantes emitidas por ese mismo gas incandescente, a este tipo de espectros discretos se denominan espectros de absorción.

En 1860, los alemanes Kirchhoff y Bunsen mostraron que los espectros discretos permiten identificar los elementos, al igual que hoy en día los productos del mercado se identifican mediante un código de barras. Por tal razón era conveniente hacer un catálogo detallado de las frecuencias correspondientes a cada elemento. Además, para entender el origen de las rayas espectrales había que encontrar relaciones entre las frecuencias observadas, tanto del espectro visible como por fuera de este, es decir, en espectros infrarrojo y ultravioleta, los cuales son observados mediante detectores adecuados. Cabe resaltar que el espectro mas sencillo de estudiar es el del átomo de hidrógeno puesto que en la zona visible de este espectro aparecen solo cuatro rayas, cuyas longitudes fueron medidas con gran precisión por Anders Angströn en el año de 1884

II. El Cuerpo Negro

La física del siglo XX empezó exactamente en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck propuso una posible solución a un problema que había estado intrigando a los físicos durante años. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y también la radiación infrarroja emitida, con menos intensidad, por los objetos más fríos.

Este problema se conoce como radiación del cuerpo negro, el cual se puede idealizar con un objeto capaz de absorber toda la radiación que le llega. Llevado a la práctica, un cuerpo negro es una cavidad, mantenida a temperatura constante, cuya radiación interior se observa a través de un pequeño orificio. El interés de este objeto ideal se puso de manifiesto cuando Kirchhoff demostró que la intensidad de radiación en el interior de la cavidad es independiente de la naturaleza de la paredes, y solo depende de la frecuencia de la radiación y de la temperatura de la cavidad.

Estaba bien aceptado entonces que esta radiación tenía un origen electromagnético y que se conocían las leyes de la naturaleza que regían estas ondas electromagnéticas. También se conocían las leyes para el frío y el calor, la termodinámica o al menos eso parecía.

Pero si usamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de la radiación, el resultado no tiene ningún sentido. Los cálculos nos dicen que se emitiría una cantidad infinita de radiación en el ultravioleta más lejano, y, desde luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico a una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para longitudes mayores como para longitudes menores. Esta longitud característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta del objeto radiante.

Representación de la densidad de potencia en función de la longitud de onda

Cabe precisar que las estrellas se comportan como un cuerpo negro, y la medida de su curva de emisión permite conocer la temperatura de su superficie. Así se sabe que el Sol tiene una temperatura en su superficie de unos 6000°C, aproximadamente. Como también del estudio de la radiación de fondo existente en el universo se deduce que está a una temperatura de unos 3K.

Puesto que esta familia de curvas no se podía deducir ni justificar a partir de las teorías conocidas la solución que dio Plank fue plantear una hipótesis muy especial un acto de desesperación es sus propias palabras Continuara.....

III. La Dualidad Onda-Corpúsculo

Continuara.....