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Historia de la física

Max Planck y los «caballeros del continuo»

Reacciones ante la discontinuidad cuántica.

Max Planck (1858-1947). [DOMINIO PÚBLICO]

La mecánica cuántica violenta más que ninguna otra teoría científica nuestras formas intuitivas, observacionales, de comprender la naturaleza. No se trata solo, ni siquiera sobre todo, de su carácter probabilístico, sino de elementos como la dualidad onda-corpúsculo o de lo que se defiende en su interpretación más extendida, la denominada «interpretación de Copenhague»: antes de que lo observamos, un sistema se encuentra en todos sus estados posibles; únicamente al medir, al observarlo, se concreta en uno de esos estados posibles, y la teoría solo puede decirnos la probabilidad de que suceda así.

El «acto de desesperación» de Planck

Estrictamente, obviando desarrollos anteriores que la propiciaron, la revolución cuántica comenzó en 1900 cuando Max Planck, catedrático de física en la Universidad de Berlín, se vio obligado a introducir unos «elementos discretos de energía» en la radiación electromagnética para poder explicar la expresión matemática que había encontrado, de forma heurística, para la distribución de la radiación de un cuerpo negro. Asociados a una fórmula hoy universalmente conocida, E=hν (donde E representa la energía, h una constante, luego denominada «constante de Planck», y ν la frecuencia de la radiación, entendida hasta entonces como una onda), esos «elementos discretos de energía» resultaban de utilizar la ley que Ludwig Boltzmann había desarrollado en 1877 para la entropía y que implicaba que esta (magnitud física que expresa la tendencia al desorden en cualquier sistema cerrado, incluido el universo) podía no aumentar siempre, como requería la física clásica; que se trataba únicamente de una «probabilidad», esto es, que podía suceder —aunque la probabilidad fuese pequeña— que en un sistema aumentase el orden con el paso del tiempo. Pero para Planck, para quien la física era la búsqueda de absolutos, el uso de probabilidades no era aceptable. Doblegarse ante el planteamiento de Boltzmann, aceptar que el crecimiento de la entropía estaba asociado con probabilidades, era para Planck particularmente doloroso.

Más de treinta años después, en una carta que escribió el 7 de octubre de 1931 al físico estadounidense Robert Williams Wood, Planck 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 esta cuestión tenía una importancia fundamental para la física; también conocía la fórmula que expresa la distribución de la energía en los espectros normales. Por consiguiente, había que encontrar, costase lo que costase, una interpretación teórica. Tenía claro que la física clásica no podía ofrecer una solución a este problema, puesto que con ella se llega a que, a partir de un cierto momento, toda la energía será transferida de la materia a la radiación. Para evitar esto se necesita una nueva constante que asegure que la energía no se desintegre […] En mi caso, el punto de partida fue el mantener las dos leyes de la termodinámica. Hay que conservar, me parece, estas dos leyes bajo cualquier circunstancia. Por lo demás, estaba dispuesto a sacrificar cualquiera de mis convicciones anteriores sobre las leyes físicas. 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.

El «acto de desesperación» al que se refería fue, como él mismo señalaba, adoptar la formulación estadística de la entropía propuesta por Boltzmann.

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