Relación de Planck-Einstein
La luz se emite y absorbe en paquetes indivisibles, los fotones, cuya energía es proporcional a su frecuencia; con esta idea nació la física cuántica.
El problema del cuerpo negro
A fines del siglo XIX, la física parecía casi completa. Pero había una molestia: la física clásica no podía explicar el color de la luz que emite un objeto caliente, como el hierro al rojo o el filamento de una lámpara. Sus cálculos predecían que un cuerpo caliente debía emitir una cantidad infinita de energía en el ultravioleta, un absurdo que luego se llamó la catástrofe ultravioleta.
El "acto de desesperación" de Planck
Max Planck encontró una fórmula que coincidía perfectamente con las mediciones. Para justificarla, tuvo que suponer algo que él mismo consideró un truco matemático: que la energía de la radiación solo se intercambia en cantidades discretas, cuantos, de valor . La energía no fluye como un líquido continuo, sino en "monedas" de tamaño fijo. Como es diminuta, esas monedas son imperceptibles en la vida diaria.
Einstein y el efecto fotoeléctrico
En 1905 Einstein tomó la idea en serio: la luz misma está formada por cuantos, hoy llamados fotones. Eso explicaba el efecto fotoeléctrico: la luz arranca electrones de un metal solo si su frecuencia supera cierto umbral, sin importar su intensidad. Una luz roja muy intensa no arranca electrones de algunos metales; una ultravioleta débil sí. La energía de cada electrón emitido es
donde es la energía necesaria para arrancarlo del metal. Robert Millikan, que intentaba refutarla, la confirmó en 1916.
Consecuencias
- Colores: un fotón violeta transporta casi el doble de energía que uno rojo. Por eso la luz ultravioleta quema la piel y la roja no.
- Átomos: Niels Bohr usó en 1913 para explicar las líneas espectrales del hidrógeno.
- Tecnología: paneles solares, cámaras digitales, sensores de puertas automáticas, láseres y LED se basan en la absorción o emisión de fotones individuales.
- Astronomía: telescopios como el James Webb analizan los fotones infrarrojos de galaxias lejanas.
Ejercicio resuelto
¿Cuánta energía tiene un fotón de luz verde de 530 nm? ¿Cuántos fotones por segundo emite un puntero láser verde de 5 mW?
Quién la creó
Max Planck (1900) y Albert Einstein (1905)
1900; 1905
El 14 de diciembre de 1900, Max Planck presentó ante la Sociedad Alemana de Física la deducción de su ley de radiación basada en cuantos de energía; luego describió aquel paso como "un acto de desesperación". No creía que la luz fuera realmente granular. Einstein, en 1905, propuso que sí lo era, y por la explicación del efecto fotoeléctrico recibió el Nobel de Física de 1921. Planck había recibido el suyo en 1918. En 2019, h pasó a tener un valor fijo exacto que define el kilogramo.
¿Qué energía tiene un fotón de frecuencia 5 × 10¹⁴ Hz?
Conexiones
Seguí el hilo
Albert Einstein
El empleado de patentes que dobló el espacio y el tiempo
Mecánica cuántica
Las extrañas reglas del mundo diminuto
La luz y el color
Una onda, una partícula y un arcoíris escondido en el blanco
Ecuación de Schrödinger
Es la ecuación fundamental de la mecánica cuántica: describe cómo evoluciona en el tiempo la función de onda de una partícula, de la que se obtienen las probabilidades de cada resultado.
E = mc²
La masa es una forma de energía: una cantidad minúscula de materia equivale a una cantidad gigantesca de energía, porque la velocidad de la luz al cuadrado es enorme.
La velocidad de la luz
El límite de velocidad del universo
Telescopio James Webb
Una máquina del tiempo de oro
El Sol
Un reactor nuclear de 1,4 millones de kilómetros