LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO Y LA HIPOTESIS CUANTICA

TEORIA CUANTICA DE PLANCK

Max Planck, en 1900, señaló que la única forma de interpretar los resultados experimentales de la distribución de la energía emitida por la radiación de un cuerpo negro (*1) era suponiendo que los átomos responsables de dicha emisión no pudieran adoptar cualquier valor de energía. La hipótesis de Planck condujo a que la energía emitida por los osciladores atómicos sólo podía tomar unos valores definidos, llamados “cuantos” de luz o fotones, proporcionales a la frecuencia de la radiación emitida.
La interpretación de Planck combinada con la anterior que enuncio Einstein (*2) para el efecto fotoeléctrico mostró por vez primera la utilidad de la teoría cuántica, que rápidamente fue corroborada por el sueco Niels Böhr incorporándola también en la construcción de su modelo atómico pocos años después.

OTROS ESTUDIOS

En el año 1900, los británicos Rayleigh y Jeans estudiaron experimentalmente la distribución de la cantidad de energía de las radiaciones emitidas por cuerpos negros en función de sus longitudes de onda y obtuvieron algo sorprendente: la energía emitida presentaba un máximo en torno a los 2000 nanometros y disminuía tanto si analizamos las longitudes de onda mayores, como si observamos en las menores.

Los resultados para los valores altos de la longitud de onda estaban de acuerdo con la teoría electromagnética porque las ondas armónicas (sinusoidales), como las que describen la propagación de los campos eléctricos y magnéticos, poseen menor energía (proporcional a su intensidad) conforme disminuyen sus frecuencias o aumentan sus longitudes de onda. Por el contrario, según la teoría ondulatoria clásica, al disminuir la longitud de onda, aumentando consecuentemente la frecuencia, la energía emitida tendría que ser mayor, debería presentar un crecimiento exponencial a medida que decrece la longitud onda, lo cual estaba en total discordancia con lo observado por Rayleigh y Jeans. A este hecho se le conoció como “la catástrofe ultravioleta”, puesto que era a esas longitudes de onda bajas (región UV) donde se halla la contradicción manifiesta entre los hechos experimentales y lo que podía deducirse de la teoría electromagnética. Ahora bien, gracias a la idea de Planck, si la energía del fotón es proporcional a la frecuencia de la radiación, siempre será mayor cuanto menor sea la longitud de onda, pues entonces será mayor su frecuencia, en total concordancia con los datos experimentales.

REFERENCIAS

(*1) Un "cuerpo negro" es aquél sólido que posea la máxima capacidad de absorción de la radiación que le llega, incluyendo lógicamente la luz visible, por lo que realmente se ve negro.
No obstante, este material emite radiaciones electromagnéticas no visibles, cuyas frecuencias (y longitudes de onda correspondientes) dependen de su temperatura y no de su composición.

(*2) Einstein postuló que la luz no sólo se emite en forma discontinua. En vez de considerar la luz incidente como una radiación de frecuencia f, la imaginó como un chorro de partículas (los fotones), cada una de las cuales posee una energía proporcional a f. Cuando uno de dichos fotones incide sobre la lámina metálica cede su energía a uno de los electrones y, si es superior a la energía mínima o umbral necesaria, arrancará al electrón de la superficie del metal. Por tanto, la energía cinética del electrón emitido se podrá calcular mediante la diferencia entre la energía del fotón incidente y la umbral.