Biografía de Max Planck, Físico
Científico Creador de la Teoría Quántica

 LA FÍSICA QUÁNTICA - RADIACIÓN DE UN CUERPO NEGRO

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PLANCK MAXMax Planck (1858-1947)
Planck nació en Kiel, Alemania, en 1858. Sexto hijo de un profesor de leyes en la Universidad de Kiel, descendía de una estirpe de académicos; su abuelo y su bisabuelo habían sido también profesores.

Cuando tenía nueve años, su padre aceptó un empleo en la Universidad de Munich. En el colegio al que asistió en Munich había un excelente profesor de matemáticas y física, y el joven se interesó mucho en estas dos disciplinas. Siempre estuvo entre los mejores estudiantes.

Planck entró a estudiar física en la Universidad de Munich pero no congenió con su profesor, Philipp von Jolly Von Jolly le dijo que no había en física nada nuevo que descubrir. Descontento con la universidad, decidió trasladarse a la Universidad de Berlín, donde enseñaban los célebres físicos Hermann von Helmholtz y Gustav Kirchhoff.

Como Einstein años después, Planck se interesó en temas que no se enseñaban en los cursos; estudió el trabajo de Rudolf Clausius sobre termodinámica en los artículos originales. Luego de graduarse, Planckescribió una tesis sobre la segunda ley de la termodinámica y la presentó a la Universidad de Munich para obtener el título de doctor. La tesis fue aprobada y Planck obtuvo su doctorado en física a los 21 años.

Como muchos doctores en física de la época, Planck estaba interesado en una carrera académica. En esa época en Alemania, si uno quería ser profesor debía comenzar como instructor, o Privatdozent, cargo con responsabilidades docentes pero sin salario. Los Privatdozent recibían pequeños honorarios de los estudiantes por la administración de exámenes. Pero se necesitaba otro trabajo para sobrevivir. Planckfue Privatdozent en Munich de 1880 a 1885. En 1885 fue promovido a la categoría de profesor asociado, lo que significaba tener finalmente un salario regular por enseñar.

Con ingresos estables, se casó con su novia de la niñez, Marie Merck. En 1889 se trasladó a la Universidad de Berlín como profesor de tiempo completo, en reemplazo de Kirchhoff, quien se jubilaba.

Planck fue también un pianista dotado; antes de decidirse por la física, había pensado seriamente en una carrera musical. Se convirtió en uno de los científicos más importantes de su tiempo, y se hizo acreedor en 1918 al premio Nobel de física por su descubrimiento del cuanto de energía.

Planck y Borh

Las dos figuras centrales de la nueva fisica del siglo XX: Bohr y Palnck

OBRA CIENTÍFICA: Cuando el siglo XIX llegaba a su fin, muchos físicos se hacían ; rentas sobre la tan honrada mecánica de Newton. En macular, ¿seguía describiendo toda la naturaleza? En su búsqueda, los científicos empezaron a agruparse en dos campos. Unos buscaba la respuesta estudiando lo que se llamaba "electrodinámica", la relación entre la mecánica y la electricidad. Los otros buscaban en la termodinámica y sus dos leyes básicas. La primera ley reconocía que la energía ni se crea ni se destruye, sino que siempre se conservaba, y la segunda ley se basaba en la idea de que el calor no pasaría de un cuerpo más frío a uno más caliente.

El estudio de la termodinámica se basaba en suponer que la materia estaba compuesta de partículas. Sin embargo, esto suponía un problema, ya que los átomos no habían sido descubiertos. En su lugar, la visión tradicional era que la — atería era continua, no compuesta de discretos bloques de construcción. A mediados de los 1870, Ludwig Boltzmann había propuesto una explicación termodinámica en la que la energía contenida en un sistema es el resultado colectivo del movimiento de muchas moléculas diminutas. Creía que la segunda ley sólo era válida en sentido estadístico, sólo funcionaba si le añadían todos los trocitos de energía a todas as pequeñas partículas.

Boltzmann tenía respaldo, pero había muchos que dudaban. Entre los detractores estaba Max Karl Ernst Ludwig Planck.  Estaba fascinado con la segunda ley de la Termodinámica, pero rechazaba la versión estadística de Boltzmann porque dudaba de la hipótesis atómica sobre la que descansaba. En 1882 afirmó falsamente: "a pesar del gran éxito de la teoría atómica en el pasado, finalmente vamos a tener que renunciar a ella, y decidir en favor de la suposición de que la materia es continua".

Durante los años 1890, Planck empezó a ver que la hipótesis atómica tenía el potencial de unificar distintos fenómenos físicos y químicos, pero su propia investigación estaba dirigida a encontrar una solución no atómica.

De los cuerpos negros a los quanta
Planck y sus contemporáneos miraban a las teorías electrodinámicas del físico escocés James Clerk Maxwell para encontrar respuestas, pero fueron un fracaso. En su lugar, un nuevo entendimiento emergió cuando volvieron su atención hacia la radiación de cuerpos negros. Un cuerpo negro es un objeto teórico que absorbe toda la radiación que lo golpea. Dado que no refleja nada, es negro. Mientras que un cuerpo negro no refleja radiación, sigue radiando calor. De otro modo, seguiría absorbiendo y su temperatura se elevaría indefinidamente. La cosa más parecida que existe hoy es el avión espía americano Blackbird, que está cubierto con un pigmento absorbente que intenta absorber toda la radiación.

La primera persona en pensar sobre los cuerpos negros había sido el predecesor de Planck como profesor de física en Berlín, Robert Kirchhoff que afirmó que semejante radiación era de una naturaleza fundamental. Para los 1890, varios físicos estaban investigando la distribución espectral de la radiación. En 1896, Wilhelm Wien pronunció una ley de radiación que cuadraba con las observaciones experimentales, pero que, según Planck, era teóricamente débil, así que la rechazó. En 1899, Planck procuró una nueva versión, que incorporaba algunas de las ideas de Boltzmann, a la que a veces se denomina la ley de Wien-Planck. Planck estaba satisfecho. En ese punto sentía que la ley se ajustaba a los datos experimentales y tenía unas bases teóricas sólidas.

Lamentablemente para Planck, se convirtió en una bella teoría destruida por los crudos hechos. Los experimentos realizados en Berlín mostraron que no funcionaba con la radiación de baja frecuencia. Después de revisar sus ideas, apareció con un nuevo concepto que incluía un valor para una constante llamada "b" y lo presentó en una reunión en la Sociedad Alemana de Física el 19 de octubre de 1900.

Si embargo, la nueva teoría aún no tenía ninguna noción de partículas o energía cuántica. A posteriori, podemos ver que la respuesta real estaba justo delante de su cara, pero estaba tan seguro de la continuidad de la materia que no podía verlo. Dos meses después, y como "un acto de despecho", renunció a la física clásica y abrazó la cuántica. La gota final había sido un concepto desarrollado por John Rayleigh y James Jeans que se conocería como la teoría de la "catástrofe ultravioleta". En junio de 1900, Rayleigh indicó que la mecánica clásica, cuando se aplica a los osciladores de cuerpos negros, lleva a una distribución de energía que aumenta en proporción al cuadrado de la frecuencia. Esto entraba en conflicto con todo lo conocido.

La desesperación de Planck lo llevó a introducir lo que llamó "elementos de energía" o quanta. En su presentación a la Sociedad Alemana de Física el 14 de Diciembre de 1900, Planck dijo que la energía "está hecha de un número completamente determinado de finitas partes iguales, y para ese propósito usó la constante de la naturaleza h = 6.55 x 10-(erg sec)".

Había nacido la teoría cuántica, aunque llevaría dos o tres décadas más y muchas mentes con talento darse cuenta de h implicaciones de la nueva era.

Cronología
1858: Nace en Kiel, Alemania, en una familia académica. Su padre era profesor de derecho constitucional en Kiel, y tanto su abuelo como su bisabuelo fueron profesores de teología en Gottingen

1867: Se muda a Munich, donde va a la escuela

1874: Estudia en Munich con Gustav Kirchhoff. Antes de empezar, discutió el prospecto de investigación física con el profesor de física Philipp von JolLy, quién se supone le dijo que la física era esencialmente una ciencia completa, con pocas posibilidades  de desarrollo. Afortunadamente parece que ignoró los comentarios, antes de mudarse a Berlín para estudiar con Hermann von Helmholtz

1889-1926: Profesor de física, Berlín

1900: Anuncia su Teoría Cuántica

1914-1918: Su hijo mayor muere en la Primera Guerra Mundial

1918: Recibe el Premio Nobel

1926: Elegido miembro Extranjero de la Royal Society

1944: Su hijo menor, Erwin, es ejecutado cuando lo declaran culpable de estar envuelto en un complot para asesinar a Hitler

1947: Muere en Gottingen el 3 de octubre. Después de saber de su muerte, Albert Einstein escribió: "Qué diferente y cuánto mejor sería la humanidad si hubiera más como él... Parece que los personajes buenos de todas las edades y continentes tienen que permanecer aparte del mundo, incapaces de influir en los eventos".

PARA SABER MAS...: Durante más de dos siglos la física newtoniana resultó válida para describir todos los fenómenos concernientes a materia y energía. Después, en el siglo XIX, la teoría electromagnética reveló que la energía podía existir con cierta independencia de la materia, en forma de radiaciones de muy diferentes longitudes de onda y frecuencias.

Al mismo tiempo, el estudio de la termodinámica abordó problemas suscitados _.,, por la energía calorífica y su distribución en sistemas como los gases, cuyas partículas resultaban demasiado pequeñas para ser medidas u observadas. Era imposible —y afortunadamente innecesario— predecir el comportamiento de cada molécula o de cada átomo, pero las leyes estadísticas de la probabilidad podían aplicarse a grandes conjuntos de partículas, dentro de una reducida muestra o sistema.

En un gas, a determinada temperatura, unas moléculas se mueven muy lentamente y otras con gran celeridad: sin embargo, la energía media de todas las moléculas en movimiento depende exclusivamente de la temperatura y de la presión a que dicho gas esté sometido si el volumen es constante. Max Planck fue uno de los muchos científicos que trataron de aplicar los principios de la termodinámica a las radiaciones.

Teóricamente, un sistema que contiene radiaciones de diversas frecuencias distribuye su energía del mismo modo que un sistema que contiene moléculas de gas de muy diversas velocidades. Pero existe una diferencia capital: la velocidad de las moléculas de un gas posee un límite superior irrebasable y, en cambio, la frecuencia de las posibles radiaciones es incomparablemente superior. El sistema de radiaciones se asemejaría al sistema acústico
de un piano con un número ilimitado de cuerdas, cada vez más reducidas. Al pulsar cualquier nota, el piano resonaría con frecuencias cada vez más elevadas, mientras la energía de la nota original se transmitiría por la escala musical hasta el infinito.

Planck trató de explicar por qué este resultado, previsto teóricamente, no se producía en la práctica. Al fin tuvo que adoptar unos supuestos totalmente distintos. En diciembre de 1900 propuso en una conferencia científica que la energía radiante se producía y recibía en lotes discontinuos e indivisibles que denominó cuantos, término procedente del latín (quantum significa «porción»). La energía de estos cuantos es directamente proporcional a la frecuencia de la radiación. Es decir, se obtiene multiplicando dicha frecuencia por una cifra que hoy denominamos «constante de Planck».

Planck había descubierto que la energía no podía dividirse hasta el infinito, como hasta entonces se había supuesto. Existía un «impulso» de energía mínimo, por debajo del cual no se producía intercambio energético alguno. Para una radiación, cuya frecuencia sea la unidad, se obtiene precisamente el valor de ese cuanto mínimo de energía o constante de Planck.

Se representa por la letra h, y su valor en unidades cegesimales es 6,547 x 10-27 ergios por segundo, cifra realmente insignificante pero que, a escala atómica, posee decisiva importancia.

A partir de 1905, Albert Einstein comenzó a desarrollar las ideas de Planck, mientras éste prosiguió durante muchos años realizando importantes contribuciones en los campos de la termodinámica y de la teoría de los cuantos.

Fuente Consultadas:
Einstein Para Dummies Carlos I. Calle
Las Grandes Ideas Que Formaron Nuestro Mundo Peter Moore - Max Planck

Biografías - Todo Argentina - Maravillas del Mundo - Historia Universal - Juegos Pasatiempo

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