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