Ciencia a conCiencia

Este año me he matriculado de Física Cuántica. Lo hice porque es troncal y algún año tenía que hacerlo. Siempre me ha parecido que había asignaturas mucho más bonitas e interesantes y pensé que esta iba a ser un ir y venir de ecuaciones diferenciales sin sentido... pero me equivoqué (es un mar de ecuaciones, pero no sólo eso).

Es una de las asignaturas más bonitas que he tenido hasta ahora y cada día de clase te deja pasmado. Yo siempre salgo de clase pensando en cómo hay gente que se va a temas esotéricos y pseudocientíficos para llenar un vacío que la misma ciencia llena con creces.

Pero vamos por partes, como las integrales. ¿Qué es la Física Cuántica? Vamos a contar una pequeña historia:

Desde siempre los científicos han observado atentamente la Naturaleza y después han desarrollado sus teorías. Así Newton sentó las bases de lo que hoy llamamos "Mecánica Clásica". Los físicos usando la mecánica clásica eran capaces de predecir, por ejemplo, a qué velocidad iba a caer un objeto antes de que cayese.

Hacia mediados del siglo XIX se empezó a insinuar que la misión de la Física en este mundo había terminado, que se había llegado al máximo conocimiento posible, y que lo único que les quedaba a los físicos era conseguir más decimales en sus resultados. No sabían hasta qué punto estaban metiendo la pata...

Un buen día, a principios del siglo XX, dos físicos llamados Rayleigh y Jeans qusieron obtener la expresión de la densidad espectral de energía de un cuerpo negro. A nosotros nos vale con saber que un cuerpo negro es algo así como una caja hueca que absorbe toda la radiación que le eches, no nos refleja ni se dispersa nada. Todo cuerpo, por el hecho de tener una temperatura, emite energía en forma de radiación. Entonces, aunque la caja no nos devuelva nada, dentro de ella habrá radiación. Esta radiación puede ser de muchos tipos, dependiendo de su frecuencia (pueden ser microondas, infrarrojos, ultravioleta, luz visible...). Estos dos físicos querían saber "cuánto" de cada tipo de radiación habría en el cuerpo negro. Dedujeron unas ecuaciones que lo predecían. Todo el mundo estaba de acuerdo con esa teoría y entonces a alguien se le ocurrió hacer un experimento y comprobarlo.

Para la radiación de frecuencias bajas la predicción funcionaba bastante bien, pero entonces, a partir de la frecuencia del ultravioleta, la realidad empezaba a alejarse de la predicción cada vez más hasta que la teoría no servía absolutamente de nada. Nadie sabía que pasaba. Los físicos, siempre muy dramáticos ellos, lo llamaron "la catástrofe del ultravioleta".

Se revisaron las ecuaciones una y otra vez y nadie veía el más mínimo fallo. Pero había un joven físico aleman que no estaba dispuesto a rendirse. Una de esas personas entregadas que no abandonan hasta llegar a la meta: el era Planck.

Planck pasó mucho tiempo intentando entender qué es lo que no funcionaba, dándole mil vueltas, revisando cada una de las hipótesis de la teoría.

La teoría de Rayleigh y Jeans supuso algo que cualquiera hubiese supuesto: tú puedes tener una cantidad cualquiera de energía, es decir, la energía es continua, no discreta. Es decir, enciendes una bombilla y la luz sale de ella de forma continua, no de poco en poco.

Planck se fijó, ya a la desesperada, en esa hipótesis y se hizo la pregunta del niño que llevaba dentro: ¿Por qué?
En un último intento, realmente desesperado, Planck rehizo la teoría suponiendo que la luz, en lugar de venir de forma continua, lo hacía en pequeños paquetes de luz de un tamaño muy pequeño, pero fijo. A cada uno de esos paquetes que el se imaginaba los llamó "quantos" de luz. Lo que en ese momento no era más que una idea bastante cuestionable de un hombre desesperado, se convertiría en uno de los mayores descubrimientos de la historia de la Ciencia.

El amigo Planck rehizo la teoría y... ¡voilá!, de pronto sus ecuaciones se ajustaban a la realidad.

Bueno, tampoco es para tanto, o eso puede parecer. ¿A quién le importa la densidad espectral de energía del cuerpo negro?

No se trata de eso, sino que muchas otras teorías habían hecho la misma suposición que Rayleigh y Jeans. Había que rehacerlas todas y ver lo que ocurría...
Esos quantos de energía son tan pequeños que en el mundo macroscópico (el que vemos) prácticamente se puede suponer que la energía es continua, pero cuando hablamos de cosas muy pequeñas (como electrones) la cosa cambia.

Y entonces apareció un mundo nuevo: el mundo de la Mecánica Cuántica...

Espero escribir una serie de artículos sobre algunos resultados realmente increíbles de la Mecánica Cuántica.