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La Constante de Planck y la Energía de un Fotón

En 1900, Max Planck estaba trabajando sobre el problema de cómo la radiación emitida por un objeto se relacionaba con su temperatura. El concibió una fórmula que se adecuaba bastante a los datos experimentales, pero la fórmula solo tenía sentido si se asumía que la energía de una molécula vibrante era quantizada--esto es, solamente podía tomar ciertos valores. La energía debería ser proporcional a la frecuencia de vibración y parecía llegar en pequeños "bloques" de la frecuencia, multiplicados por una cierta constante. Esta constante llegó a conocerse como la constante de Planck, o h y tiene el valor

No entiendo nada de esto. Creo que voy a preguntarle al Dr. Mahan lo que significa J.

Esa es una constante bastante pequeña

Si, pero era una idea extremadamente radical sugerir que la energía solamente podría venir en pequeñas parcelas, aunque estas fueran muy pequeñas. Planck no se dió cuenta, en su tiempo, de todo lo revolucionario que su trabajo había sido; él pensó que había estado forzando la matemática para producir la "respuesta adecuada" y estaba convencido de que alguien más debería obtener una mejor explicación de su fórmula.

Me imagino que Einstein debió tomarlo en serio.

Y muy en serio. Basado en el trabajo de Planck, Einstein propuso que la luz tambien entrega su energía en paquetes; la luz podría, así, estar constituída de pequeñas partículas, o cuantos, llamadas fotones, cada uno con una energía equivalente a la constante de Planck multiplicada por su frecuencia.

En ese caso la frecuencia de la luz haría una diferencia en el efecto fotoeléctrico.

Exactamente. Fotones de alta frecuencia tienen más energía, así que deberían hacer salir los electrones más rápido; entonces, el cambio a una luz con la misma intensidad pero con mayor frecuencia, debería incrementar la energía cinética máxima de los electrones emitidos. Si se deja la misma frecuencia pero se aumenta la intensidad, más electrones deben salir (porque hay más fotones para impactarlos), pero no saldrán más rápido, porque cada fotón individual todavía tiene la misma energía.

Y si la frecuencia es suficientemente baja, entonces ninguno de los fotones tendra suficiente energía para desprender un electrón de un átomo. Entonces al usar luz de muy baja frecuencia, no se obtendría ningún electrón, no importa la intensidad de la luz. Mientras que si se usa una alta frecuencia, se podrían desprender algunos electrones, aún si la intensidad fuera muy baja.

Totalmente cierto. Por lo tanto, con unas medidas simples, el efecto fotoeléctico parecía adecuado para decirnos si la luz estaba compuesta de partículas o de ondas.

Y alguien hizo el experimento?  Que pasó?

En 1913, R.A. Millikan hizo una serie de extremadamente cuidadosos experimentos con el efecto fotoeléctrico. Encontró que todos sus resultados coincidían perfectamente con las predicciones de Einstein sobre los fotones, no con la teoría de las ondas. Einstein ganó el premio Nobel por su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico y no por su más famosa teoría de la relatividad.

Entonces la luz está hecha de partículas! Pero un momento...qué pasa entonces con el experimento de la doble hendidura? No veo cómo la luz podría hacer un patrón de interferencia como ese, a menos que fuera hecha de ondas.

Si, me temo que es un poco más complicado que eso. Algunos resultados experimentales, como este, parecen probar más allá de toda duda, que la luz consiste en partículas; otros insisten, en forma igualmente irrefutable, que es ondas. Solamente podemos concluir que la luz es de alguna manera ambos, ondas y partículas--o que es algo que no podemos visualizar y que se nos muestra como una u otro, dependiendo de cómo la miremos.