Adrián Ríos, Director Unilaser médica

Carolina Pardo, Residente III Dermatología Unisanitas-Instituto dermatológico Federico Lleras Acosta

Gisela Güiza, Residente II Cirugía plástica Hospital Militar-Universidad militar Nueva Granada

 

A finales del siglo XIX Planck buscaba calcular la energía emitida por los filamentos calientes de una bombilla. El calentamiento de un material no parecía tener un comportamiento lineal pues se conocía que la luz saltaba de color en color de acuerdo a los cambios térmicos.  Planck ideó un  valor para acomodar  energía y frecuencia de vibración de las ondas, resultado de la carga que porta  la materia. Una onda con mayor frecuencia significará mayor energía de acuerdo a una proporcionalidad ligada a un valor constante descubierto por Planck.

En escala descendente podemos concebir un millón de veces menos a las bacterias y  las células, en las micras.  Desde las micras 1000 veces menos llegamos a los nanómetros (1 por 10-9 metros), el mundo de los virus y las grandes moléculas, en donde ya no hay seres vivos aunque todavía hay luz. Si continuamos mil veces menos, llegamos el mundo de los picómetros (1 por 10-12 metros) en donde la luz desaparece, solo caben los rayos gamma y encontramos partículas como los minerales y las pequeñas moléculas como la glucosa y la adrenalina, en general, el mundo de la química. El siguiente nivel 1000 veces inferior es el de los femtómetros (1 por 10-15 metros) en donde, encontramos las partículas subatómicas el neutrón y el protón. Un salto mil veces menor en los los attómetros (1 por 10-18)  es la dimensión de las más pequeñas partículas conocidas, los quarks y los electrones. No conocemos  mucho  más antes de la última medida posible,  la longitud de Planck,  en los  10-34 en donde el espacio que ya no tiene la geometría que conocemos.

Planck   concibió la luz como un sistema pulsado y no, como un rayo continuo. Al ser pulsado, la energía del rayo estaba directamente relacionada a la frecuencia de la onda según un valor cuántico ligado al valor de un número que se acomodaba a los experimentos, la constante de Planck. La frecuencia de la luz, su color, cambia de acuerdo a la temperatura alcanzada en el sistema, el valor es tan pequeño, que la temperatura más alta no logra conmover el resultado final de energía, ligado en la luz, al movimiento de partículas miles de veces más grandes.  Einstein se sirvió de esto para explicar el efecto fotoeléctrico, un fenómeno observado por primera vez por Hertz, quien había notado que se producía menor cantidad de chispas por inducción eléctrica cuando no había luz. Lenard su alumno,  tiempo después concluía que se liberaban más electrones  es decir, más chispas con la adición de luz ultravioleta que con una luz roja desde un metal bajo inducción eléctrica. El efecto era instantáneo y estaba ligado al mayor brillo de la luz ultravioleta. Las ondas más cortas eran las más energéticas según Planck, y por ello, se liberaban más electrones del metal, concluía Einstein.  La energía, el algo invisible que hacía que se liberaran los electrones del metal, aumentaba en valor proporcional a la frecuencia de la onda según un valor constante, el número de Planck.  Una lámpara de mayor brillo (más fotones) induciría más chispas (electrones) con la misma energía individual (chispas no más brillantes). Para comprobar esto, fue necesario medir la carga eléctrica del electrón, lo que logró Millikan 10 años después.

Para los finales del siglo XIX no se conocía como eran los átomos, los primeros esquemas de su conformación planteaban un sistema en equilibrio entre fuerzas positivas y negativas como un pudín con pasas. Existían además excepticos de su existencia hasta que, Einstein planteó que eran la causa del movimiento browniano, contínuo y en apariencia errático de las partículas del polen sobre el agua, al cual, Einstein dió cálculos predecibles de desplazamiento partiendo de la base de que, era causado por los golpeteos de los átomos de las moléculas de agua, siempre en movimiento contra el ligero polen.

Una vez  descubierto al electrón, habían comenzado otras dudas, acerca de la estabilidad del átomo. Un núcleo positivo y unos elementos negativos girando alrededor, no deberían permanecer en su sitio como de hecho, se mantenían. El orden al átomo llegó con Bohr quien, armó su estructura postulando niveles de energía fijos para las diferentes órbitas de cada electrón  y  los cambios del nivel estacionario de energía de cada electrón entre  órbitas, estaban dados por saltos definidos de una energía suficiente para pasar de un nivel a otro mayor, en umbrales contables en números enteros (cuánticos). Bohr conocía el cálculo del comportamiento espectral de los objetos en calentamiento por Balmer su profesor de escuela y tomó el número de Planck, para establecer niveles estacionarios que significaban que cada orbita electrónica  era proporcional en números enteros al número de Planck. Fue la primera explicación del porqué un átomo no se desintegra y de paso, explicó el origen de la luz. Los electrones en el átomo que cambian su nivel, reciben valores concretos de energía, múltiplos enteros de la constante de Planck, cada nivel tiene su propio umbral y esta energía una vez tomada, es liberada por el electrón en forma de fotón para mantener la estabilidad del átomo pues así un electrón excitado, siempre regresa a su nivel natural de energía. Así se concibió la interacción física de la luz con las cosas.

Los electrones y fotones podrían considerarse puntos de mayor energía que se comportan como ondas y partículas, porque viajan en el espacio que además ocupan, aparte, están rodeados de fuerzas magnéticas que repelen entre si a los electrones y atraen los fotones. La primera parte, aquello de las ondas y partículas, la resuelven De Broglie y Schrödinger asumiendo que los electrones al igual que los fotones, cumplen ambas características  y así fue posible calcular probabilidades a partir de conocer la masa y la energía de un electrón o fotón. De las fuerzas magnéticas intrínsecas, fueron descubiertas  posteriormente, por Otto Stern y Walther Gerlach, explicando así el magnetismo como una característica propia a las partículas (spin cuántico). Según su modo de giro se tendrán partículas como los bosones (fotones) que tienden a estar juntas y los leptones, (electrones) que tienden a separarse.

Por último, la constante de Planck nos lleva al principio de incertidumbre de Heisenberg que expresa la imposibilidad de medir los valores cuánticos como si fueran visibles. Un cambio de energía en un tiempo dado, deberá ser mayor o igual a la constante de Planck dividida por 4 π por lo tanto, la ley de la conservación de la energía puede dejar de cumplirse durante periodos de tiempo muy cortos. Y sin esta ley, no hay experimento posible para predecir el punto exacto de ubicación de un electrón o de un fotón.

h=6,626070150 por 10-34 julios-segundo es el valor de la constante de Planck.

El número en donde la materia como la podríamos concebir, se acaba.

Su expresión en la fórmula de Planck, relaciona  la energía de cada fotón en Julios (pulsada) a partir de multiplicar la constante de Planck por la frecuencia de desplazamiento de la onda. El número de  Planck (h) compensa en la fórmula, un valor máximo de  frecuencia de la onda (f) que llevaría a valores infinitos de energía.

E= hf

No era un artificio matemático, era el valor de la materia más pequeña posible, con 34 ceros a la izquierda de longitud.

 

Deja un comentario

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.