2.3. Hipótesis de Planck. Teoría cuántica de la luz

A final de 1900, el físico alemán Max Planck (1858-1947), tratando de resolver el mismo enigma que Rayleigh-Jeans, descubrió (en un trabajo impresionante) que las leyes de la física clásica no funcionaban en este fenómeno. Obtuvo una expresión para la energía emitida por un cuerpo negro que obligaba a suponer:

  • Los átomos que emiten la radiación se comportan como osciladores armónicos.
  • Cada oscilador absorbe o emite energía en una cantidad proporcional a su frecuencia de oscilación f. Es decir:

Energía de un cuanto

La constante de proporcionalidad h se llama constante de Planck y su valor es Constante de Planck

La hipótesis de Planck supone admitir que la radiación no se emite de forma continua, sino que lo hace de forma discreta en pequeños "paquetes", llamados cuantos, cada uno de ellos de energía hf. La energía total emitida o absorbida por cada oscilador armónico sólo puede ser un número entero de cuantos, es decir:

El siguiente vídeo muestra este resultado en menos de 3 minutos

Vídeo de himeservices alojado en Youtube

 

La hipótesis de Planck supuso un cambio revolucionario ya que por primera vez se introduce la noción de discontinuidad en el fenómeno de emisión de radiación. Como veremos, la idea de los cuantos de energía se fue consolidando conforme pasaba el tiempo, dando lugar a la llamada teoría cuántica.

Curiosidad

Max Planck

Imagen de Lobo en Wikimedia Commons. Dominio público

A pesar de que la hipótesis de Planck era revolucionaria en su tiempo, Max Planck no fue un revolucionario sino un científico profundamente conservador, respetuoso de las leyes clásicas de la física. En una ocasión, Planck le dijo a su supervisor de investigación, que él sólo quería profundizar los conceptos de sus predecesores y que no deseaba hacer nuevos descubrimientos. Por años, Planck luchó para hacer calzar sus ideas con las ideas clásicas que estaban profundamente enraizadas en su corazón. 

Por entonces, escribió con cautela: "no le doy mayor importancia a esto, excepto que quería obtener un resultado positivo para la fórmula, bajo cualquier circunstancia y a cualquier costo".

Cinco años después del descubrimiento de Planck, Einstein propuso que las ideas de la energía cuántica no sólo se aplicaban a los átomos en el horno cuerpo-negro. Postuló que también la energía luminosa se transfería en cantidades discretas, que más tarde fueron llamados fotones. Planck no apreció en su magnitud el significado de la energía cuántica, y él no creía que la energía cuántica venía en valores discretos. Fue más tarde, cuando ya muchas otras personas lo habían aceptado, que él llegó a convencerse de que los átomos no podían tener cualquier energía.