Unos apuntes de física cuántica, I

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Para celebrar la entrada en el siglo XX, el viernes 27 de abril del año de nuestro señor 1900, uno de los más ilustres científicos de la época, el físico y matemático Lord William Thomson, primer barón Kelvin, pronunció un discurso por el que los huesos del lord aún castañetean en las noches de luna llena. Comenzaba así:

The beauty and clearness of the dynamical theory, which asserts heat and light to be modes of motion, is at present obscured by two clouds.

Sin entrar en detalles, las dos oscuras nubes que empañaban el claro y hermoso cielo de la Física eran, una, la imposibilidad de explicar el movimiento de los cuerpos en relación al éter luminoso que se suponía llenaba el Cosmos; y otra, la denominada “catástrofe ultravioleta”, un “pequeño” error del electromagnetismo clásico que atentaba contra el principio de conservación de la energía.

El discurso de Lord Kelvin permanece para la Historia en treinta y cuatro páginas de las Notices of the proceedings at the meetings of the members of the Royal Institution of Great Britain with abstracts of the discourses, a lo largo de las cuales el barón aporta su granito de arena para, como afirma al concluir, ayudar a disipar el celaje que había oscurecido la física durante un cuarto de siglo y devolverle su fulgor.

Ese mismo año de 1900, otro físico, Max Planck, dio con el camino para solucionar el embrollo. Pero, cual pintor que quita la mancha del cuadro emborronándolo todo, hizo que en el bello paisaje positivista de Lord Kelvin ya no se viera ninguna pequeña nube oscura, sino un tenebroso cielo de tormenta. Sin tener ni idea, todavía, de que su criatura la iba a liar parda, Planck acababa de plantar la semilla de una nueva física que se terminaría conociendo como “mecánica cuántica”.

Un monstruo nacido en noche de tormenta que fue arrasando, despacito pero sin pausa, los cimientos de la realidad “clásica”, y cuyos destrozos no han podido, o no han querido, ser evaluados en toda su magnitud por las autoridades del conocimiento. De momento, la escombrera sigue tapada con un provisional tinglado de cartón piedra que, aunque no termina de dar el pego, al menos permite pasear con cierta serenidad y no preocuparse por que un canto se le venga encima al transeúnte satisfecho.

Cuanto de acción

En 1900, Planck descubrió que la energía está empaquetada en unidades indivisibles; es decir, existe una unidad mínima de acción llamada “cuanto” y no se pueden hacer paquetes de energía más pequeños.

Esto quiere decir que la energía no aumenta ni disminuye de manera continua, sino que es siempre múltiplo de un cuanto. A este paquete básico se le denominó constante de Planck y fue el origen de una serie de postulados tan contrarios a lo que la racionalidad humana entiende por pensamiento sano que, cien años después, se sigue sin saber de qué va todo esto.

Poco después de la aparición en escena del cuanto de acción, en 1905, Albert Einstein solucionó muchas de las dudas –algunas nubes negras— sobre el comportamiento de la luz que no podían resolverse en virtud de su naturaleza de onda. Y ello gracias al cuanto: la nueva teoría de Einstein proponía que la luz podía actuar como partícula en ciertos casos; tales partículas eran los fotones, las unidades básicas de energía electromagnética. No obstante, la existencia del fotón no fue aceptada por todos hasta la década de 1920.

Se aceptara o no se aceptara, el lío ya estaba montado. Para seguir el curso de los acontecimientos, primero hemos de remontarnos brevemente a unos años antes, cuando se comprendió que el átomo no era lo que su nombre indica, indivisible: en 1890, para explicar por qué la materia emite radiación, el físico Hendrik A. Lorentz había teorizado sobre la presencia de cargas eléctricas “dentro” de los átomos las cuales, al vibrar, emitían luz. Y si estaban dentro, es que el átomo tenía estructura interna y, por tanto, había más piezas de las que se pensaba hasta ese momento.