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¿CUÁNTO VALE UN CUANTO?

La génesis de la física cuántica coincide con el inicio del siglo XX, y un físico alemán dio el puntapié inicial. Su nombre es Max Planck. Antes de Planck, la energía se consideraba infinitamente divisible, al igual que un gramo o un metro pueden dividirse en una serie de unidades cada vez menores (metro, decímetro, centímetro, milímetro, micrómetro, nanómetro...). En forma similar, la intensidad de la luz emitida por un fósforo, el propulsor de un cohete o cualquier otra forma de energía podían dividirse sin límites. La maravillosa idea de Planck fue considerar que la energía debía tener un valor mínimo. En otras palabras, mostró un límite para dividirla. De esta manera, la luz emitida por una vela estaría conformada por pequeñas cantidades mínimas de energía. Planck utilizó el latín para nombrar a esta cantidad mínima o paquete de energía, y patentó la palabra cuanto, que significa “¿qué cantidad?” o simplemente “¿cuánto?”. Este nombre revela que los cuantos son muy muy pequeños y no podemos determinar su tamaño.

Una vez que el concepto del cuanto se conoció entre los físicos, Albert Einstein le dio “fama internacional”. Lo usó para explicar un fenómeno conocido como el efecto fotoeléctrico, mediante el cual los electrones son desalojados de la superficie de un metal como consecuencia del impacto con fotones (nombre que adquieren los cuantos cuando se trata de la luz) de energía determinada. Siempre y cuando haya una frecuencia mínima, conocida como frecuencia umbral, la intensidad de la luz incidente sobre el metal, que se relaciona con el número de fotones, influirá directamente sobre el número de electrones desalojados del metal. Si mayor es la intensidad luminosa, mayor es el número de fotones y, en consecuencia, el número de electrones desalojados se incrementa. Es como si varias bolas de billar chocaran contra otras cediendo su energía y produciendo movimiento. Para que la explicación del efecto fotoeléctrico funcione, se debe considerar a la luz como una radiación discontinua, que se manifiesta en forma de pequeños paquetes de energía. Esto llevaría a formular el concepto dual, en el cual la luz se comporta como onda o como partícula.

En 1911 el danés Niels Bohr propuso un modelo atómico en el cual se considera que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas que poseen una energía determinada. Estas reciben el nombre de órbitas cuantizadas y son muy importantes en los procesos de absorción y emisión de energía. Cuando el electrón, en determinada órbita, interacciona con un fotón de energía específica, pasa a una órbita superior mediante un “salto cuántico”; cuando regresa a su órbita normal emite un fotón. Estos procesos explican de forma clara y sencilla los colores que se observan cuando un elemento específico se somete a una llama, tal y como ocurre en los fuegos artificiales. De igual manera, estos conceptos ayudaron notablemente a elaborar semiconductores, que a su vez permiten el desarrollo de los transistores, los circuitos integrados, los microchips y la informática en general. La física cuántica, o mecánica cuántica, permitió el desarrollo explosivo de las telecomunicaciones y la medicina moderna. Nuevos campos como la superconductividad, la microscopía electrónica, la física de las partículas elementales y la física nuclear se han apoyado en la cuántica. Por lo tanto, el valor de los cuantos para la humanidad es realmente incalculable. En síntesis, ¿cuánto vale un cuanto? En una palabra, la respuesta que se me ocurre es: “Muchísimo”. ■