Se suele decir que la física cuántica es una disciplina que desafía la percepción de la realidad. Pues bien, aunque es una frase algo poética y romántica, en parte, puede considerarse cierta. La física cuántica es la que gobierna el comportamiento de las partículas subatómicas, aquellas tan pequeñas que no son perceptibles para nuestros ojos y, su estudio, a menudo sumerge a los científicos en investigaciones donde las leyes habituales no existen. En este contexto, existe una protagonista, de la cual seguramente hayas oído hablar, que actúa como una llave maestra para entender este mundo en miniatura: la constante de Planck.
Llamada así en honor al físico que la introdujo, Max Planck, la constante fue nombrada por primera vez a principios del siglo XX. En un trabajo completamente revolucionario, Planck no solo pudo finalmente dar explicación a una gran cantidad de inquietudes de la época, sino que sentó las bases para abrir paso a una nueva era en la física: la cuántica.
EL NACIMIENTO DE UNA ERA
Desde los comienzos del siglo XX, el avance en física parecía haberse estancado. Los científicos comenzaron a encontrar dilemas desconcertantes a los que no conseguían dar explicación y para los cuales no existían unas leyes coherentes y eficientes. Uno de esos problemas era el de la radiación del cuerpo negro, es decir, un objeto que absorbe toda la radiación que incide sobre él, pero irradia una cantidad de energía característica de él.
Con el objetivo de dar solución a ese fenómeno, Max Planck presentó en el año 1900 una idea innovadora sobre la cuantización de la energía: propuso que la energía estaba discretizada en pequeños intervalos o bolsas, a los que llamó “cuantos”. En otras palabras, expuso la idea de que la energía emitida no tenía un valor constante, sino que se emitía en pequeñas cantidades proporcionales siempre a un valor: la constante de Planck.
Sin embargo, la aceptación de esta idea no fue, ni mucho menos, inmediata. La propuesta de Planck era atrevida y, aunque parecía explicar ciertos fenómenos, entraba en contradicción con muchas teorías vigentes por aquel momento. Afortunadamente, otros físicos de gran importancia de la época, como Albert Einstein, Niels Bohr o Werner Heisenberg, contribuyeron con otros avances fundamentales que terminaron por consolidar la teoría de Planck. En general, la dualidad onda-partícula, el principio de incertidumbre y la mecánica cuántica fueron los pilares que hicieron crecer esa nueva concepción del mundo microscópico.
¿QUÉ ES LA CONSTANTE DE PLANCK?
De esta forma, la constante de Planck, representada por la letra h, se asentó como uno de los pilares fundamentales de la física cuántica, jugando un papel fundamental en la cuantización de los fenómenos que tienen lugar en la naturaleza. Hasta ese momento, se consideraba que una emisión de energía podía tener cualquier valor pero, con la postulación de Planck, se determinó que siempre debía estar cuantizada en cantidades que fueran múltiplos enteros de la constante, h. Para ser exactos, su valor es de 6.626×10-34 julios por segundo, según el Sistema Internacional de Unidades.
Asimismo, la constante de Planck también desempeñó un papel esencial en la formulación de otro de los grandes planteamientos de la cuántica: el principio de incertidumbre de Heisenberg. La idea de ese planteamiento establece que es imposible conocer con absoluta precisión la posición y la cantidad de momento de una partícula. En este caso, la constante de Planck aparece como un impedimento, tal y como si fuera una limitación en la capacidad para medir ciertas cantidades con precisión.
UNA PIEZA CLAVE
Su presencia, deducida de forma teórica, consigue dar explicación y manifestarse a través de fenómenos cuánticos observados en diferentes experimentos, los cuales, consolidaron definitivamente su importancia. Por ejemplo, basándose en el testimonio de Planck, Albert Einstein propuso en 1905 una explicación cuántica para el efecto fotoeléctrico, apostando a que la luz que incide sobre un metal arranca electrones.
Para establecer esta idea, Einstein utilizó como hipótesis que la luz está compuesta por partículas llamadas fotones, cada uno con energía proporcional a la constante de Planck. Fue justamente este fenómeno el que consiguió explicar que la luz presentaba comportamientos tan de onda como de partícula, sentando las bases para la dualidad onda-partícula.
Asimismo, en el año 1927, Clinton Davisson y Lester Germer realizaron diferentes experimentos de difracción de electrones, demostrando que estos exhibían comportamientos ondulatorios muy similares a las ondas de luz. Este fenómeno, que pasó a conocerse como difracción de electrones, confirmó esa dualidad onda-partícula y resaltó la necesidad de considerar la constante de Planck como un elemento indispensable en el estudio del mundo microscópico.
También en el año 1981 jugó un papel muy importante durante la invención del microscopio de efecto túnel. Se trata de un fenómeno en el cual las partículas son capaces de atravesar barreras energéticas prohibidas clásicamente, lo cual se relaciona directamente con la energía que posee, cuantificada en múltiplos de la constante de Planck.
