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Mecánica cuántica. Los Cuantos. IX


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La entropía, según lo que acabaría siendo conocido como “principio de Boltzmann”, es una medida de la probabilidad de encontrar un sistema, en un determinado estado. Un mazo de cartas bien barajadas, por ejemplo, es un sistema desordenado de alta entropía. Pero una baraja nueva, en la que las cartas de hallan divididas en palos y, ordenadas partiendo del as, es un sistema muy ordenado y de baja entropía. Pero siempre es posible, que un sistema pase de un estado desordenado, a otro más ordenado, del mismo modo que un mazo de cartas barajado, también puede, si vuelve a barajarse, acabar ordenado. Pero la probabilidad, no obstante, de que tal cosa ocurra, es tan astronómicamente baja, que su ocurrencia requeriría un tiempo. Muchas veces superior, a la edad del universo.

Por su parte Max Planck creía, que la segunda ley de la termodinámica, era absoluta, es decir, que la entropía siempre aumenta. Pero según la interpretación estadística de Ludwig Boltzmann, la entropía “casi” siempre aumenta. Y ambas formulaciones, en lo que respecta a Planck, sólo se diferencian en el vocablo “casi”. Apoyarse en Boltzmann suponía para él, renunciar a lo que más le interesaba como físico, pero si quería establecer adecuadamente, su fórmula del cuerpo negro, no le quedaba otra alternativa.

El estado más probable de un sistema, es un estado de máxima entropía, es decir, de máximo desorden. Y ese estado es, para el caso del cuerpo negro, el equilibrio térmico, un estado semejante, al estado al que Planck se enfrentaba, en su intento de encontrar la distribución de energía más probables, entre sus osciladores.

Aplicando las técnicas de Ludwig Boltzmann, Planck descubrió, que sólo podía derivar su fórmula, de la distribución de la radiación del cuerpo negro, si los osciladores absorbían y emitían paquetes de energía, proporcionales a su frecuencia de oscilación. El aspecto “más esencial de todo el cálculo” dijo Planck, consistía en considerar, que la energía de cada frecuencia, estaba compuesta por un número de “elementos de energía”, iguales e indivisibles, a los que posteriormente denominó “cuantos”. Nacía la física o mecánica cuántica.

Guiado por su fórmula, Planck se había visto obligado a dividir la energía (E), en paquetes de tamaño “hv”, en donde “v” es la frecuencia del oscilador y, “h” es una constante. En este sentido, la ecuación E=hv, acabaría convirtiéndose, en una de las más famosas, de toda la historia de la ciencia. Fue entonces cuando descubrió que sus osciladores, solo podían tener energías 0, hv, 2hv, 3hv, 4hv…hasta nhv, en donde n es un número entero. Esto correspondía a cualquier absorción o emisión, de un número entero de “elementos de energía” o “cuantos” de tamaño hv. Era como un cajero de banco, que solo pudiese recibir y entregar dinero, en cantidades de 1€, 5€, 10€, 20€ y 50€.

Los cuantos de energía son indivisibles. Un oscilador (un oscilador electrónico, es un circuito electrónico que produce una señal electrónica oscilante y periódica) no puede recibir una fracción de cuanto de energía, sino que debe recibir, en términos que contradecía la física de la época, todo o nada. La física clásica no establecía restricciones, sobre el tamaño de las oscilaciones ni, en consecuencia, sobre la cantidad de energía, que un oscilador, podía emitir o absorber, en una simple transacción y, podía asumir cualquier magnitud.

Desesperado, Planck había realizado un descubrimiento sorprendente e inesperado, cuyo significado, sin embargo, no alcanzaba a entender. No era posible que sus osciladores, absorbieran o emitieran energía continuamente, como el agua que sale de un grifo. Solo podían, por el contrario, ganar o perder energía, de forma discontinua, en unidades pequeñas e indivisibles de E=hv, en donde v es la frecuencia, a la que el oscilador vibra, lo que se corresponde exactamente, con la frecuencia de la radiación, que puede absorber o emitir.

Pues eso.

(Continuará.)

 

Nacido en 1942 en Palma. Licenciado en Historia. Aficionado a la Filosofía y a la Física cuántica. Político, socialista y montañero.