El origen de las Teorías de los Cuantos

Es un placer para mí compartir una vez más con ustedes el día de hoy, la semana pasada estuvimos aprendiendo un poco sobre las contradicciones de la Física Clásica que conllevaron al surgimiento de la Física Moderna, continuando con la misma línea hoy quiero que conozcamos un poco sobre La Teoría de los Cuantos.

En la declinación del siglo XIX los científicos demostraron un gran interés por la luz que emiten los cuerpos calientes; ellos se encontraban muy asombrados por los resultados que arrojaban sus investigaciones experimentales, y se centraron a dar una explicación a este fenómeno. En este interés, los científicos coincidieron que para la física, en ese momento, existían hechos aceptados y aprobados por la comunidad científica, que no eran acordes con la realidad, pero que si habían logrado dar avances en esta ciencia. Un ejemplo de ello, es el modelo atómico de Ernest Rutherford, en el cual se sabía que los electrones describen trayectorias alrededor del núcleo, y en el caso del átomo de hidrógeno las trayectorias son elipses.

Por otro lado, partiendo del electromagnetismo clásico, una carga acelerada debe radiar; por ende, los electrones parte de su energía cinética, y esto trae como consecuencia una disminución en la velocidad y por lo tanto su aproximación constante al núcleo, describiendo así trayectorias más pequeñas.

Sin embargo, lo anterior está en contradicción con el principio de la conservación de la energía, ya que la caída trae como consecuencia una disminución en la energía potencial, lo cual no es más que un aumento de la energía cinética y por lo tanto, la velocidad de los electrones debe aumentar; es de esperarse que la frecuencia de las ondas emitidas crezca de una manera continua.

No obstante, esta última previsión está en competo desacuerdo con el hecho de que los rayos emitidos por los gases incandescentes forman un espectro de líneas discretas cada una de las cuales corresponde a una longitud de onda (λ) bien determinada. Ahora bien, seria propicio preguntarnos ¿Qué sucede en las zonas negras del espectro de las radiaciones emitidas en un gas incandescente? Al responder dicha pregunta deberíamos encontrar la explicación a la paradoja sobre la continuidad o no de las radiaciones.

Algo que debemos acotar, es que si fuese cierto que la luz producida por un conjunto numeroso de átomos comprende las longitudes de onda más diversas se tendría necesariamente un espectro continuo, por otra parte, si los electrones al girar cayesen hacia el núcleo del átomo constituiría un sistema inestable que se destruiría espontáneamente y esto evidentemente, en función de nuestra experiencia diaria, no sucede ya que no observamos destrucción espontánea de la materia.

Pero dicha dificultad fue solventada por el físico danés Niels Bohr; como ya sabemos se podía presentar una disyuntiva, una de ellas era admitir que las leyes de la electrodinámica clásica, que habían resultado hasta ese momento verdaderas, no podrían aplicarse al movimiento de un electrón en el interior de un átomo; la otra era renunciar al modelo atómico de Rutherfod que, por otra parte también permitía demostrar algunos acontecimientos conocidos.

Esta confusión ocurría en 1913, pero la dificultad que resultaba admitir que las leyes de la física clásica no fueron pura y simplemente aplicables a los átomos y electrones tomados aisladamente, se le ocurrió también a otro físico brillante, Max Planck. Este físico, partiendo de los estudios que realizó sobre las radiaciones emitidas por los objetos calientes, se vio obligado a introducir en la física una concepción bastante extraña y totalmente revolucionaria, para explicar el espectro del cuerpo negro, el que se entiende como una sustancia o cavidad capaz de absorber todas las radiaciones que inciden sobre él, como ocurre con el humo negro.

Si tenemos un cubo que posea las paredes refractarias en su totalidad, donde cuyo interior se puede encontrar atrapado un rayo luminoso, constituye un ejemplo de cuerpo negro, ya que en realidad un cuerpo negro tiene el poder de absorber igualmente que un poder de emisión. Pero, la idea novedosa de Max Planch fue asumir que la energía emitida por un cuerpo negro está cuantizada; esto quiere decir, que existen valores discretos de ésta.

Para resolver el problema de la estabilidad de los átomos, abandonó por completo las ideas que se tenían acerca del mecanismo de emisión de radiación por parte de los átomos, proponiendo tres postulados los cuales son los siguientes:

Sánchez, E. (2005). Física. Caracas: Ediciones CO-BO.

Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen II. México: Pearson Educación.