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Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) y la noción de Quantum

La primer pieza del rompecabezas está en el trabajo de Max Planck. Planck entra a trabajar en la Universidad de Berlín en 1889 como reemplazo de su antiguo maestro Kirchhoff, quien recientemente habia muerto, y se mantuvo ahí hasta su retiro en 1926. Poco después de su ingreso, Plack se interesa por el problema del cuerpo negro, inicialmente planteado por Kirchhoff. En este problema se contempla las propiedades de un cuerpo que absorbe todas las frecuencias de luz y que entonces, cuando es calentado, debería irradiar todas las frecuencias de luz.

Figure 1.3: Espectro de luz del átomo de Hidrógeno
\begin{figure}\centerline{\psfig{figure=hlamp.eps,height=3in,width=4in}}
\end{figure}

Pero el problema es que la cantidad de altas frecuencias en el espectro es mayor que la cantidad de bajas frecuencias. Si un cuerpo negro irradiara todas las frecuencias electromagnéticas uniformemente entonces casi toda la energía se irradiaría en el espectro de altas frecuencias (algo así como pedir un número aleatorio uniformemente distribuido entre cero y 1,000,000). Este problema de las altas frecuencias es conocido como la catástrofe violeta por el color que tienen las frecuencias más altas de la luz.

En la vida real esto no sucede, y los modelos continuos de la física clásica de finales del siglo pasado no podían explicarlo. Tanto Wien como Rayleigh tenían aproximaciones del problema; las ecuaciones de Wien funcionaban bien para frecuencias altas pero no en las bajas, las de Rayleigh hacian lo inverso.

En 1900, Planck desarrolló una ecuación relativamente sencilla que describía a cabalidad la radiación emitida por un cuerpo negro en todo el espectro de luz. Su ecuación se basaba en una suposición medular: la energía no es infinitamente divisible, sino que al igual que la materia, se componía de partículas, las cuales Planck denominó quanta (de la palabra en Latin para ¿cuanto?) o bien, quantum en singular.

Bajo la suposición de que la energía solo puede ser absorbida y despedida en unidades enteras de quanta, Plack fue capaz de encontrar las ecuaciones del cuerpo negro y establecer el valor de la constante que determina la razón entre la frecuencia de radiación y el tamaño del cuantum $ h = 6.6262\times 10^{-34}$ ahora considerada una de las constantes fundamentales de la naturaleza.

El concepto de quanta era tan revolucionario, que el mismo Plack no podía aceptarlo completamente. Einstein lo utilizó para explicar el efecto fotoeléctrico y ambos recibieron premios Nobel por sus trabajos, pero curiosamente ambos se reusaban a aceptar los cuanta como entidades reales y se abogaron a tratar de explicarlos mediante modelos clásicos.

Figure 1.4: Modelo de átomo de Bohr, Tomado de Internet, sin su permiso
\begin{figure}\centerline{\psfig{figure=orbitals.eps,height=3in,width=3in}}
\end{figure}


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Jose Castro 2004-10-06