Alberto Lacasa

Reflexiones sobre televisión y cine

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Los paquetes de materia

Aunque alguna vez de rebote ha salido, hasta ahora, en la serie de posts de física, siempre he hablado de fenómenos donde, lo que cuenta, son cosas enormes como galaxias, agujeros negros, agujeros de gusano, estrellas… Es el reino de la relatividad.

Pero, en realidad, el universo está constituído por partículas muy pequeñas. Y, si en algún momento os costó imaginaros las cosas que iba contando porque os parecían poco intuitivas, el reino de lo más pequeño es absolutamente imposible de comprender.  Es el reino de la mecánica cuántica.

Dijo Richard Feynman, uno de los físicos cuánticos más relevantes; “Recuéstese y disfrute de lo que le voy a contar. Pero no pregunte de ninguna manera por qué es así, porque entonces se pierde en una calle de la cual ningún ser humano ha vuelto sano”. Así que os invito a hacer justo eso.

A finales del s. XIX, Maxwell investigó los campos eléctrico y magnético e hizo algo importantísimo; juntar los dos conceptos y desarrollar lo que hoy conocemos como electromagnetismo. Pero su teoría tenía algunos problemas…

Hay un objeto teórico que a los físicos les va a las mil maravillas para ciertos experimentos; los cuerpos negros. No, no estoy hablando de la Naomi Campbell. Como sabéis, el negro es ausencia de color. Para que algo sea de color negro ha de absorber toda la luz que incide sobre él. Pues un cuerpo que absorba toda la radiación electromagnética (que incluye la luz) es lo que se denomina cuerpo negro.

Pero cuidado, que absorba toda la luz que incide sobre él, no quiere decir que no emita radiación. Ese cuerpo tendrá una cierta temperatura y el calor también es una radiación electromagnética (como el color). Igual que cuando calentamos un hierro cambia de color, un cuerpo negro a suficiente temperatura, tomaría un color. Así que un cuerpo negro no tiene por qué ser negro.

¿Y para qué demonios les sirve esto a los físicos? Pues se utiliza, por ejemplo, para estudiar las estrellas si les basta una mala aproximación. Los agujeros negros se comportan así. Y la radiación cosmológica de fondo (de la que ya hablamos) es un cuerpo negro casi perfecto.

Total, que cuando el bueno de Maxwell calculaba la radiación de un cuerpo negro le salía infinita. Y ya se veía que eso no podía ser. Pero unos años después, otro físico, Max Planck, descubrió cómo solucionar ese problema. Maxwell estaba suponiendo que la luz era un continuo. Y Planck se dio cuenta que, en realidad, la luz sólo podía llegar en cantidades discretas.

¿Qué significa eso? Imagina que la luz de tu salón. Al lado del interruptor tienes un regulador de la intensidad de la luz. Si quieres hacer una cena romántica, bajas la intensidad. En cambio, si quieres leer, la aumentas. Si, en algún momento, te pareciera que te sobra o te falta un poco de luz, sólo tendrías que ajustar la intensidad de la luz hasta el punto donde tú te sintieras cómodo.

Eso es lo que creía que tenía Maxwell; un regulador en el que podías ajustar la luz tanto como quisiera. De lo que se dio cuenta Planck es que, en realidad, ese regulador sólo tiene unas cuantas posiciones. Imagina que tienes 5 posiciones. Estás preparando la cena romántica y bajas la luz a la posición 1, pero te das cuenta que no veréis los platos. Así que lo subes al 2 y descubres que, entonces, ella podrá ver que no eres tan guapo como pensaba. Vas a tener que decidir con qué posición te quedas porque no existe la posición 1,5. Luego, o jugáis a ver quién apunta mejor a ciegas, o te acabarás quedando a dos velas (y nunca mejor dicho).

En definitiva, lo que descubrió Planck es que la luz llega en cantidades concretas y nunca podías obtener niveles intermedios de cantidad de luz. Eso le llevó a la conclusión era como si llegara en “paquetes”, que llamó cuantos. Y, por tanto, a pesar de que la luz era una onda, también tenía características propias de las partículas. Con ello nace el concepto partícula-onda de la que ya hablamos.

Pero entonces, si la luz llega en cantidades en concreto, ¿por qué nosotros tenemos la percepción de que es un continuo? Es sencillo. Esos paquetes son tan pequeños que nosotros ni siquiera notamos la diferencia entre tener 1 paquete y tener 2. En el símil del regulador de luz, sería como si tuviéramos miles de posiciones intermedias. Seguro que podríamos escoger el nivel de luz adecuado para nuestras necesidades.

Con esta idea nace la física cuántica y estoy seguro que, en aquella época, nadie podía esperar las sorpresas que el futuro nos deparaba.

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