1. f í s i c a y u N i v E r s o
los
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GrÁNulos
dEl
muNdo
boHr y einstein. nieLs boHr (izquierda, 1885-
1962) y aLbert einstein (1879-1955). eins-
tein es famoso por su teoría de La reLatividad,
pero su idea más revoLucionaria ( según su
propia opinión) fue La “cuantización” de La Luz.
fue eL primero en avanzar La Hipótesis de que
La radiación eLectromagnética y La energía no
son unos fLujos continuos , sino que vienen
por “paquetes” discretos, Los cuantos. boHr
intuyó La arquitectura interna de Los átomos,
una estructura que encaja perfectamente con
La teoría de einstein. en eL “átomo de boHr”
Los eLectrones ocupan unas órbitas específi-
cas aLrededor deL núcLeo, y se despLazan de
una a otra por saLtos discretos de energía.

2. l o s G r Á N u l o s d E l m u N d o
El muNdo No Es liso. su Estructura mÁs íNtima Es GraNulada,
EstÁ HEcHa dE uNidadEs iNdivisiblEs
un chorro de luz está hecho onda, una fracción del enorme
de diminutas partículas y los espectro de las radiaciones
cuerpos adquieren energía electromagnéticas. Este
por imperceptibles “clics”. descubrimiento había propulsado
“He reflexionado cien veces más un enorme desarrollo tecnológico
Por sobre la teoría cuántica que de cuyas fuentes bebemos
micHElE sobre la teoría de la relatividad todavía hoy. Sin embargo, no
cataNZaro general”, confesó el científico. De todos los problemas quedaban
hecho, es muy difícil imaginar claros. Algunos científicos
un mundo fragmentado en —muy pocos, en realidad— se
La luz que irrumpe minúsculas unidades, o concebir encaraban con un problema
desde una ventana que la luz, el calor y la energía que ni el electromagnetismo,
en una habitación se pueden dar y tomar sólo ni la otra gran teoría de la
oscura parece en paquetes indivisibles. época, la termodinámica,
un chorro de conseguía esclarecer: la radiación
agua. Una ¿Pero por qué nadie se entera de un “cuerpo negro”.
manzana que de estas discontinuidades? La Un “cuerpo negro” es una
cae de un árbol respuesta es que los gránulos de cavidad herméticamente
adquiere más y energía son tan pequeños que es cerrada, con una radiación que
más energía, de imposible detectarlos a simple rebota en su interior, absorbida
forma progresiva, vista. Cada cuanto de luz visible y emitida por las paredes, en
sin acelerar de golpe. tiene sólo una billonésima parte un intercambio continuo de
Un cuerpo tendido en la playa se de la energía del batido del ala energía entre las paredes y la
calienta cada vez más, de manera de una mosca. Una vela emite propia radiación. Los científicos
constante. éstas, como casi todas alrededor de mil trillones de no conseguían desarrollar
las experiencias del día a día, se cuantos por segundo: demasiados una teoría que explicara las
caracterizan por ser “continuas”: para que los ojos los detecten. Sin especiales características de
la luz no se mueve por etapas, la embargo, a principios del siglo este fenómeno. El problema
velocidad de caída no aumenta XX, un grupo de científicos, entre no era del todo académico: la
por saltos, un cuerpo expuesto los cuales destacaba Einstein, industria alemana del alumbrado
al sol se calienta poco a poco. fueron capaces de percatarse estaba muy interesada en
El sentido común lo asegura. de esta realidad oculta. conocer las propiedades de la
Pero el sentido común no es radiación electromagnética,
más que “el conjunto de todos para diseñar lámparas
los prejuicios adquiridos antes EL MISTERIO eléctricas más eficientes.
de los dieciocho años”, según DEL CUERPO NEgRO En 1900, el físico alemán Max
palabras del mismísimo Albert Planck propuso finalmente una
Einstein. Fiel a su independencia, A finales del siglo XIX, los ley física que encajaba con los
el científico fue capaz de liberarse físicos recogían los frutos datos experimentales sobre
de la ilusión de continuidad que de una potente teoría que las cavidades. Sin embargo,
afecta a todo el mundo. Así, había unificado electricidad, la ley se aguantaba sólo si se 29
descubrió que el universo, en magnetismo y óptica en un único admitía una hipótesis: que las
su estructura más intima, está marco: el electromagnetismo. paredes de la cavidad no tienen
hecho de gránulos indivisibles, Según este modelo, la luz una energía que sube y baja de
los cuantos. Y es que resulta que visible no era otra cosa que una manera continua, sino por saltos.

3. f í s i c a y u N i v E r s o
30 En concreto, por cantidades LO QUE SE HABíA y emitían la energía por cuantos,
múltiples de una constante, es decir, en cantidades discretas
bautizada como “constante de CONSIDERADO e indivisibles. Esto pasaba
Planck” y simbolizada con una h. porque cada uno de sus átomos
De entrada, tanto Planck como
UNA ONDA absorbía y emitía energía de
los otros físicos no se fijaron CONTINUA manera discontinua. También
demasiado en esta hipótesis, la energía de los átomos, como
que consideraban un artificio ESTABA HECHO, la de la luz, estaba repartida en
matemático necesario para EN REALIDAD, cuantos, unidades indivisibles.
hacer cuadrar las cuentas. Sólo Las ideas de Einstein tardaron
años más tarde, los científicos DE GRáNULOS. en convencer a los científicos.
entendieron que se acababa Incluso el propio Planck, amigo
de descubrir una constante
NACíA LA de Einstein, se refirió a una
universal. Es decir, uno de esos IDEA DE LOS de sus publicaciones con estas
números —como la velocidad palabras: “No hay que tomar en
de la luz o la constante de “CUANTOS serio este trabajo, es basura”.
gravitación de Newton— que DE LUz” Pero, otros investigadores
no salen de ninguna otra ley, planteaban teorías que
sino de la propia naturaleza. encajaban con la suya. En
1913, el físico danés Niels Bohr
UN UNIVERSO MINÚSCULO revolucionó la imagen que
Y PULSÁTIL hasta entonces se tenía de los
átomos, como unos pequeños
Las cosas empezaron a cambiar “sistemas solares”, constituidos
en 1905. En ese año, un humilde por núcleos rodeados de
inspector de una oficina de electrones. Bohr afirmaba que,
patentes suiza publicó cinco en cada átomo, los electrones
artículos que revolucionaron sólo podían adoptar ciertas
la física contemporánea. Ese órbitas. Por esta razón, cada
empleado se llamaba Albert tipo de átomo absorbía sólo
Einstein y el 1905 fue su annus ciertas frecuencias de la luz:
mirabilis. El más famoso de sus electrones absorbían sólo
esos artículos es el que sentó la energía necesaria para saltar
las bases de la relatividad. de una órbita a otra, entre las
Sin embargo, el que Einstein permitidas, mientras el resto
consideraba más original era de la luz no interactuaba con
el primero. En ese trabajo, el el átomo. Como en la teoría
genio retomó el problema del de Einstein, la energía de los
cuerpo negro y lo solucionó con átomos eran cuantizadas.
una hipótesis revolucionaria: Las confirmaciones
retrato Histórico deL físico aLemán max pLanck
(1858-1947). sin ser pLenamente conscien- la radiación se comportaba experimentales de estas teorías
te de eLLo, pLanck fue un pionero de La teoría como si fuese un gas formado no tardaron en llegar. El modelo
cuántica. en un artícuLo de 1900 describió La por partículas. Por primera vez, de Bohr explicaba perfectamente
radiación de una “cavidad”, o “cuerpo negro”, se suponía que algo que hasta el comportamiento del átomo de
como aLgo que se emitía y absorbía por paque- entonces se consideraba como hidrógeno. La teoría de Einstein
tes discretos de energía . a L principio , p Lanck aclaraba cómo los sólidos
una onda continua estaba hecho
pensaba que esta representación era una artifi-
en realidad de gránulos. Nacía absorben el calor, encajando
cio matemático de su teoría, que no respondía
a La reaLidad. pero tras Los estudios de einstein
la idea de los “cuantos de luz”. perfectamente con las medidas
(1905) y de boHr (1913) Los científicos ad- En 1906, Einstein completó hechas desde hace más de veinte
mitieron que esa era La manera de funcionar de el cuadro, revelando que las años, que los otros modelos no
La naturaLeza a niveL microscópico. paredes de la cavidad absorbían conseguían explicar. En 1917,

4. l o s G r Á N u l o s d E l m u N d o
CUANTOS DE LUZ
en un mundo cuántico, todos Los procesos ocurren por saLtos. en eL esquema, un átomo absorbe energía en cantidades discretas (cuantos de energía)
que Hacen que sus eLectrones se exciten, saLtando de una órbita de menor energía —más interior— a una de mayor energía —más exterior— (saLto cuánti-
co). cuando Los eLectrones se desexcitan, Liberan La energía adquirida, también en cantidades discretas son Los cuantos de Luz.
Luz
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Einstein escribía a un amigo: si se aceptaba que la luz, además de electrones contra paredes
“Ya no albergo duda alguna de ser una onda, también estaba con agujeros, y verificaron
acerca de que los cuantos de compuesta por partículas. Todo que al otro lado se producía
radiación sean reales, aunque apuntaba a que los “cuantos la difracción, un fenómeno de
soy la única persona que opina de luz” eran efectivamente interferencia típico de las ondas,
así”. Efectivamente, la mayoría unas partículas. En 1926, se le que se da cuando, por ejemplo,
de la comunidad científica puso el nombre de “fotones”. las olas del mar encuentran un
se resistía a creer que los El círculo se cerró en 1923. conjunto de rocas en su camino.
cuantos fueran algo más que Entonces, el físico francés Louis La teoría cuántica de campos
una hipótesis matemática. de Broglie tuvo una intuición proporcionó una estructura
genial: si la luz, que es una matemática rigurosa a la idea
Pero las dudas se disiparon onda, está compuesta a la vez de que un objeto sea a la vez
delante de las crecientes por partículas, ¿es posible que onda y partícula. Sin embargo,
evidencias. En 1922, el físico las partículas que conocemos es casi imposible crearse una
estadounidense Arthur —electrones, protones, etc.—, imagen mental intuitiva de
Crompton extrajo conclusiones también lleven asociadas unas este hecho. En 1951, el propio
irrefutables mientras estudiaba ondas? La respuesta es que sí: Einstein afirmó: “Estos cincuenta
la dispersión de la luz. Algunas cada partícula lleva asociada su años de reflexión no me han
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propiedades de este fenómeno onda de materia, tal y como los permitido aún responder a
eran inexplicables asumiendo fotones llevan asociadas ondas la cuestión de qué son los
sencillamente que la luz fuera de luz. Esta teoría se comprobó cuantos de luz. Hoy en día hay
una onda. Sin embargo, esos en la misma década. Los muchos que creen conocer la
comportamientos se aclaraban investigadores lanzaron haces respuesta, pero se equivocan”.