fisica cuantica

El año 2005 ha sido proclamado año internacional de la Física. Uno de los desarrollos más espectaculares de esta ciencia durante el siglo XX ha sido el de la Física Cuántica que, aunque poco intuitiva al principio, es hoy parte fundamental en nuestra vida a través de numerosas aplicaciones que van desde las células fotoeléctricas que controlan las puertas de entrada de los ascensores y garajes,hasta la generación de energía en las centrales nucleares. En esta contribución, se esbozan los hitos más importantes del desarrollo de la Física Cuántica desde su nacimiento hasta nuestros días. 1. Algo no funciona A finales del siglo XIX la mayor parte de los científicos tenían la impresión de que el cuadro de la Física estaba fundamentalmente completo. En 1898, lord Kelvin (1824-1907) resumíaeste sentimiento en un famoso discurso en el que afirmaba que la Física estaba acabada. Según él, solamente faltaban unas pocas constantes por medir, pero todas las grandes ideas ya habían sido formuladas. Quedaban, eso sí, dos pequeños problemas para que los jóvenes físicos los resolvieran en los años próximos: la radiación del cuerpo negro, y los extraños resultados de los experimentos de Michelson (1852-1931) sobre el éter. Aunque lord Kelvin se equivocaba en el sentido general de su discurso, identificó perfectamente los problemas que aún quedaban por resolver. De hecho, el primero condujo a Max Planck (1858-1947), en 1900, a introducir la cuantización de los intercambios de energía entre radiación y materia, que sería el inicio de la Mecánica Cuántica, y el segundo a Albert Einstein(1879-1955), a proponer en 1905, los primeros principios de la teoría de la relatividad en un trabajo titulado ''Electrodinámica de los cuerpos en movimiento''. Aquellos dos pequeños problemas revolucionaron toda la Física. En esta contribución repasamos brevemente el desarrollo histórico de la Física Cuántica. Todo comenzó con el problema de la radiación del cuerpo negro. A finales del siglo XIXse disponía de una gran cantidad de medidas fiables y precisas sobre la radiación emitida por un pequeño orificio, hecho a una cavidad mantenida a temperatura constante. Era evidente que la intensidad de la radiación emitida variaba mucho con la frecuencia de la misma. Además, la intensidad de la radiación para una frecuencia dada, sólo dependía de la temperatura. Dos amigos de Planck, Wien yRubens, habían hecho en Múnich medidas complementarias de la radiación emitida por la cavidad, que mostraban que la curva de intensidad en función de la frecuencia era similar a la propuesta por Maxwell para la distribución de velocidades de las moléculas de un gas contenido en un recipiente a una temperatura dada. El propio Wien propuso una expresión fenomenológica, basándose en ese hecho, quedescribía muy bien los datos experimentales a alta frecuencia, pero se desviaba de ellos a baja frecuencia. Los ingleses, Rayleigh (1842-1919) y Jeans (1877-1946), se propusieron usar toda la potencia del electromagnetismo clásico para dar una explicación teórica a un fenómeno que parecía tan fundamental. A pesar de sus esfuerzos, la expresión que dedujeron en 1905 describía bien las observaciones a bajafrecuencia, pero discrepaba dramáticamente de los datos experimentales a frecuencias altas. De hecho, su expresión llevaba a la denominada catástrofe ultravioleta: la teoría clásica predecía una intensidad infinita para frecuencias más allá de la región ultravioleta. ¡Una observación fundamental no se entendía y había que hacer algo! 2. Una hipótesis desesperada y sus consecuencias En 1900, Planckpropone que los intercambios de energía entre radiación y materia, ocurren de forma cuantizada en múltiplos enteros de una constante con dimensiones de acción (a partir de entonces denominada constante de Planck) por la frecuencia de la radiación. Con esta hipótesis, la catástrofe ultravioleta desaparecía. En la región de alta frecuencia, los cuantos de energía son tan grandes que sólo unos...