Los primeros pasos hacia la Mecánica Cuántica
La ley de radiación de Planck
Las primeras pasos se dieron para explicar un problema candente de finales del siglo XIX: el espectro de radiación del cuerpo negro.
Un objeto a una dada temperatura T emite energía en forma de ondas electromagnéticas de distintas frecuencias llamada energía radiante. Al mismo tiempo el cuerpo recibe la radiación que emiten otros cuerpos en su entorno, parte de la cual absorbe y el resto la refleja. Las características de la radiación dependen de la temperatura y de las propiedades del objeto. El problema era entender la distribución de la radiación emitida por un objeto ideal, cuya superficie fuera capaz de absorber toda la radiación electromagnética que incidiera sobre el, sin reflejar nada. Este objeto se vería de color negro y por este motivo se lo denominó cuerpo negro. Las predicciones teóricas para el espectro de emisión de la radiación de este objeto dadas por la física clásica no podían ajustar los resultados experimentales ( ver figura), y daban lugar a un resultado completamente erróneo en la región de las altas frecuencias que se conoció como catástrofe ultravioleta.
El problema fue resuelto por Planck en octubre de 1900, quien postuló un modelo según el cual la energía emitida no toma valores continuos sino que está cuantificada: E=n h f donde f es la frecuencia, h la constante de Planck, y n=0,1,2,3,…, son números naturales. Con este modelo desarrolló una ecuación teórica que logró reproducir con absoluta fidelidad los resultados experimentales para la distribución de la radiación en función de la frecuencia (o la longitud de onda) es decir una curva como la de la figura.
Esta idea de Planck condujo luego a Einstein en 1905 a dar una explicación teórica del efecto fotoeléctrico: considerando a la luz compuesta por partículas (fotones) cada uno con energía hf. El efecto fotoeléctrico se produce cuando luz cuya frecuencia supera un cierto valor umbral (o lo que es lo mismo posee una cierta energía umbral) incide sobre un metal y arranca electrones del mismo generando una corriente eléctrica medible [[1]]. Esta frecuencia umbral depende del material. El efecto había sido descubierto por Hertz en 1887, pero no se había podido explicar mediante la física clásica.
En 1913 Bohr extiende estas ideas de Planck y Einstein y sobre la base del modelo atómico propuesto por Rutherford introduce el llamado Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno con el que logra explicar los niveles de energía y espectros atómicos.
En 1924 De Broglie en su tesis doctoral postula que la materia se comporta también como una onda, dando un gran paso adelante.
Ese mismo año Max Born introduce por primera vez en un paper el término Mecánica Cuántica.
La formulación general de la Teoría Cuántica la realizan en forma conjunta Heisenberg, Schrodinger y Dirac entre 1925 y 1926 dando un marco general para describir todos los sistemas físicos, desde partículas elementales, núcleos y átomos.... y hasta estructura estelar.
La teoría implica limitaciones a la precisión con que se puede caracterizar el estado de un sistema, pero realiza predicciones muy precisas sobre los
valores medibles de cantidades físicas (energía, spin, etc.) asignando valores discretos (en lugar de continuos)
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