La nueva física cumple cien años

Hace cien años, Max Planck presentó en una reunión de la Sociedad Alemana de Física un trabajo explicando cómo se distribuía la energía cuando un cuerpo a alta temperatura absorbe y emite radiación dependiendo de la longitud de onda (color) de dicha radiación. Ese 14 de diciembre de 1900 apareció públicamente por primera vez la idea del cuanto y la hoy llamada constante de Planck (h).Hacía unas semanas, el 7 de octubre del mismo 1900, que su compañero en la universidad Heinrich Rubens y su esposa pasaron por la casa de los Planck de visita. Rubens acababa de terminar unas mediciones de la emisión de energía en el infrarrojo por un cuerpo negro a diferentes temperaturas y le mostró los resultados a Planck, quien esa misma noche encontró una ecuación que describía los datos, pero no tenía fundamentos fisicos para explicarla.

Entre esas dos fechas Planck trató en vano de derivar esa formula utilizando sus bien fundados conocimientos de electricidad, termodinámica y mecánica estadística. Falló rotundamente. Su mente dio al fin con dos pasos en el campo de la estadística que hacían posible explicar perfectamente las observaciones de Rubens. El primero de ellos establecía que la energía emitida y absorbida sólo lo hacía en forma de paquetes pequeños pero finitos, y el segundo agregaba que tales paquetes eran indistinguibles uno del otro. Desde el punto de vista de la física de 1900 el razonamiento estadístico de Planck era descabellado. Planck se refirió a ello en 1931 como "un acto de desesperación, pues tenía que obtener un resultado que coincidiera con los datos bajo cualquier circunstancia y a cualquier costo". Abraham Pais, físico y autor de conocidas biografías de Einstein y de Bohr, dijo de Planck: "Su razonamiento fue una locura, pero su locura tenía la calidad que sólo las grandes figuras de transición pueden traer a la ciencia". Su teoría puso a Planck, un hombre conservador por inclinación, en el lugar de un revolucionario renuente. Él, que estaba completamente imbuido del pensamiento y los prejuicios del siglo XIX, realizó el primer rompimiento conceptual que hizo que la física del siglo XX apareciera tan diferente de la anterior.

Muchos científicos participaron en la construcción de la mecánica cuántica en los primeros treinta años del siglo veinte. La lista incluye a Einstein y Bohr hasta llegar a Fermi y a Dirac, sin olvidar ni a Bose ni a De Broglie. Pero todos ellos continuaron utilizando la constante de Planck como el recordatorio o la medida de la existencia de un mundo microscópico discreto.

La mecánica cuántica es la teoría que se ha comprobado con mediciones más precisas. Es, sin duda, la teoría más exitosa en la historia de la ciencia. Es uno de los desarrollos científicos que más revolucionaron a la ciencia, pues requirió abandonar muchas ideas que son intuitivas, pero no son correctas. No obstante su innegable éxito, la mecánica cuántica causó multitud de discusiones entre sus fundadores. Hoy en día muchas personas no están satisfechas con sus fundamentos y su interpretación, aun cuando todo el mundo acepta que funciona a la perfección. Su capacidad predictiva es inigualable y su influencia en nuestra vida cotidiana impresionante.

Celebremos el centenario del cuanto, pues la mecánica cuántica ha cambiado radicalmente nuestra calidad de vida. Más del 25% del producto mundial bruto depende directamente de nuestra comprensión de la mecánica cuántica; donde esté un transistor, un láser, una resonancia magnética, ahí está la presencia de la mecánica cuántica. La mecánica cuántica nos ha dado una comprensión cuantitativa de la materia y con ella herramientas esenciales de la física, la química y la biología para el avance de la tecnología que Planck ni siquiera imaginó cuando buscaba explicar la radiación de un cuerpo caliente.

Luis A. Orozco es profesor del Departamento de Física y Astronomía. State University of New York Stony Brook.