#EfeméridesPrincipia

09 Junio

Una joya de Einstein y un paso de gigante en física cuántica

Por Bernardo Herradón

El 9 de junio de 1905 se publicaba en la revista Annalen der Physik (1905, 17, 132) el artículo Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt (Sobre un punto de vista heurístico que concierne a la producción y transformación de la luz), cuyo autor es Albert Einstein (1879-1955).

En este artículo, Einstein daba una explicación teórica de tres fenómenos en los que se producía interacción de la materia con la energía (en forma de radiación electromagnética): el efecto fotoeléctrico, el efecto Stokes y la absorción de luz por parte de moléculas. Los resultados publicados en ese artículo supusieron la confirmación de la existencia de un mundo cuántico.

En el año 1900, Max Planck (1858-1947), al intentar explicar la radiación del cuerpo negro, encontró una ecuación que explicaba el fenómeno. Para ello tenía que suponer que la energía no era continua, sino que sólo ciertos niveles de energía eran permitidos; introduciendo la constante h (actualmente conocida como constante de Planck) para ajustar las ecuaciones. Planck, que era un físico teórico de formación clásica, pensaba que lo que había hecho era simplemente un artificio matemático y creía que, al refinar las ecuaciones, podría eliminar esa constante.

Aunque el artículo de Planck marca el comienzo de la física cuántica, en su época pasó prácticamente desapercibido. Un impulso decisivo lo recibió con la publicación del artículo que hoy conmemoramos. En este artículo, Einstein explica el fenómeno de absorción de luz por la materia, que es complementario a la de la radición del cuerpo negro, que es un fenómeno de emisión de luz. Einstein parte de unas premisas distintas a las de Planck, pero llega a las mismas conclusiones: la energía no es contínua, sino que es absorbida por la materia en forma de ‘paquetes’ discretos, a los queEinstein denominó cuantos (quanta). Por supuesto, Einstein derivó ecuaciones en las que aparecía la constante de Planck, demostrando que es una constante universal.

Con este artículo se demuestra que la luz tiene naturaleza corpuscular (¡vuelta a la teoría de Newton!). Puesto que también se había demostrado que la luz tiene naturaleza ondulatoria, estos resultados allanaban el camino a la formulación de una teoría onda-corpúsculo para explicar la naturaleza de la luz (y, a su vez, extenderla a la materia a escala cuántica).

Hay que tener en cuenta que los tres fenómenos que explicó Einstein son muy frecuentes en la naturaleza con múltiples aplicaciones prácticas, desde los detectores y lectores basados en el efecto fotoeléctrico a la absorción de luz por la materia, responsables de su color. Además, otra importante consecuencia de estas investigaciones de Einstein fue la propuesta teórica para conseguir haces de luz monocromática (que vibran en una sola frecuencia) y muy intensas, es decir, el láser, lo que fue propuesto teóricamente por el propio Einstein en 1917.

Hay que recordar que en la concesión del Premio Nobel de Física a Einstein (el de 1921, pero anunciado en 1922) fue por sus aportaciones a la física teórica, especialmente en la explicación del efecto fotoeléctrico, objeto del artículo que hoy comentamos.

Un gran texto explicando los logros de Einstein en su Año Milagroso (1905) es Einstein 1905. Un año milagroso. Cinco artículos que cambiaron la física (John Stachel).