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Cómo la bombilla eléctrica desató una revolución científica y se volvió una pesadilla para Einstein




01/10/2016 - 13:10:14
BBC.- A pesar de las complejidades de la vida diaria, las reglas de nuestro universo parecen reconfortantemente simples.

El agua de un arroyo siempre fluye monta�a abajo, la piedra que tiras desde la orilla siempre cae siguiendo una curva predecible.

Pero cuando los cient�ficos se pusieron a fisgonear entre los min�sculos bloques elementales de la materia, toda certitud se esfumo.

Encontraron el extra�o mundo de la mec�nica cu�ntica.

En lo profundo de todo lo que vemos a nuestro alrededor, encontramos un universo completamente distinto al nuestro.

Parafraseando a uno de los fundadores de la mec�nica cu�ntica, lo que llamamos real est� hecho de cosas que no podemos considerar reales.

Hace unos 100 a�os, varios de los m�s grandes cient�ficos entraron en un mundo extra�o y encontraron que en el reino de lo diminuto, las cosas pueden estar en dos lugares al mismo tiempo, que sus destinos los dicta el azar; es una dimensi�n en la que la realidad desaf�a al sentido com�n.

Se enfrentaron con una posibilidad aterradora: la de que todo lo que pens�bamos que sab�amos sobre el mundo pod�a ser completamente errado.

La historia de nuestro descenso al delirio cient�fico empez� con un objeto muy improbable.
Berl�n, 1890


Alemania era un nuevo pa�s, recientemente unificado y ansioso por industrializarse.

Varias firmas de ingenier�a fueron fundadas y gastaron millones en la compra de la patente europea del nuevo invento de Thomas Edison: la bombilla de luz.

Era el ep�tome de la tecnolog�a moderna y un gran s�mbolo optimista de progreso.

Las compa��as de ingenier�a sab�an que pod�an ganar fortunas encarg�ndose de iluminar las calles del nuevo Imperio alem�n.

Lo que no anticiparon fue que adem�s iban a desatar una revoluci�n cient�fica.

Aunque parezca raro, ese humilde objeto fue el responsable del nacimiento de una de las teor�a m�s importante de toda la ciencia: la de la mec�nica cu�ntica.
�C�mo?

El foco de luz presentaba un problema extra�o.

Los ingenieros sab�an que si calentabas el filamento con electricidad, brillaba.

Pero no sab�an por qu�.

Algo tan b�sico como la relaci�n entre la temperatura del filamento y el color de la luz que produce era un misterio total.

Un misterio que obviamente deseaban resolver. Y, con la ayuda del nuevo Estado alem�n, vieron c�mo ganarle la carrera a la competencia.

En 1887, el gobierno alem�n invirti� millones en un nuevo instituto de investigaci�n t�cnica en Berl�n, el Physikalisch-Technische Reichsanstalt, o PTR.

Luego, en 1900, contrataron a un cient�fico brillante, aunque algo puritano, para que trabajara ah�.

Su nombre era Max Planck.


Planck se propuso resolver el aparentemente simple problema del cambio del color del filamento con la temperatura.

Para investigar, Planck y su equipo hicieron un tubo especial que pod�an calentar a temperaturas muy precisas junto con un dispositivo que med�a el color o frecuencia de la luz que produc�a.

A medida que aumentaba la temperatura, los colores cambiaban:

A 841� cent�grados, la luz era de color rojo anaranjado.

A 2.000�, el color era m�s brillante y blanco.

Para producir ese color se necesitaban, comprobaron, 40 kilovatios.

Pero algo les llam� la atenci�n: aunque la luz era m�s que blanca, era rojo-blanca, casi no ten�a azul.

�Por qu� era tan dif�cil conseguir que llegara a azul? Y m�s all� del azul en el espectro, la llamada luz ultravioleta casi no se produce.

Ni siquiera una estrella como el Sol, que arde a 5.500� cent�grados, produce tanta luz ultravioleta como uno pensar�a dada su temperatura.
La cat�strofe

Esa extraordinaria falta de sentido dej� a los cient�ficos de finales del siglo XIX tan perplejos que le dieron un nombre muy dram�tico.

Lo llamaron: la cat�strofe ultravioleta.

Planck dio un primer paso crucial para resolverla.

Encontr� el v�nculo matem�tico preciso entre el color de la luz, su frecuencia y su energ�a, aunque no entendi� la conexi�n.

No obstante fue otra extra�a anomal�a la que puso al gato en el palomar.
El efecto

A finales del siglo XIX, los cient�ficos estaban estudiando las entonces reci�n descubiertas ondas de radio y la manera en la que se transmit�an.

Para hacerlo, constru�an artilugios con discos giratorios que pod�an generar alto voltaje que hac�a que saltaran chispas entre dos esferas de metal.


Al hacerlo, descubrieron algo inesperado relacionado con la luz.

Si dirig�an una luz poderosa para que iluminara las esferas, las chispas brincaban con m�s facilidad.

Eso indicaba que hab�a una conexi�n misteriosa e inexplicada entre la luz y la electricidad.

M�s que eso, la conexi�n era con la luz azul y ultravioleta, no la roja.

Este nuevo rompecabezas recibi� el nombre de efecto fotoel�ctrico y junto a la cat�strofe ultravioleta se convirtieron en serios problemas para los f�sicos, pues ninguno pod�a resolverse con lo m�s avanzado de la ciencia de la �poca.
Quantum

�C�mo pod�a ser que la intensa luz roja no pudiera hacer lo que la d�bil ultravioleta lograba en segundos?

Para resolver el problema alguien tendr�a que pensar lo impensable y, en 1905, alguien lo pens�.

Lo que sugiri� fue revolucionario y hasta her�tico.

Argument� que hab�a que olvidarse de la idea de que la luz era una onda y pensarla como un flujo de part�culas.

El t�rmino que us� para denominar a esas part�culas de luz fue cuanto (del lat�n quantum, que significa cantidad).

Aunque la palabra no era nueva, la idea de que la luz pudiera ser un "cuanto" era m�s que exc�ntrica.

No obstante, fue siguiendo esa her�tica l�nea de pensamiento hasta su conclusi�n l�gica que se solucionaron todos los problemas con la luz.
A grandes rasgos

De acuerdo con la propuesta de Einstein, cada part�cula de luz roja tiene poca energ�a pues su frecuencia es baja. Lo contrario ocurre con la luz ultravioleta.

Era por eso que, en el efecto fotoel�ctrico, la ultravioleta era la que ten�a fuerza para cambiar lo que ocurr�a con la electricidad.

Y era por eso que, en la "cat�strofe ultravioleta", el foco no brillaba con luz azul ni ultravioleta porque requer�a mucha m�s energ�a para poder hacerlo.


"Ese momento al principio del siglo XX marc� una revoluci�n genuina pues demostr� que la F�sica ten�a que ser abordada de una manera completamente nueva", se�ala el historiador de ciencia y f�sico, Graham Farmelo.

"La F�sica -a�ade- nunca se recuper� de ese momento en el sentido de que est� construida sobre la base de ese momento. Ah� fue cuando la F�sica moderna realmente empez�".
Un legado particularmente dif�cil de resolver

Fue as� que una sencilla pregunta -c�mo funciona las bombillas de luz- llev� a los cient�ficos hacia las profundidades del funcionamiento escondido de la materia, a explorar los componentes subat�micos de nuestro mundo y a descubrir fen�menos hasta entonces inauditos.

Fue as� como se abrieron las puertas de la f�sica cu�ntica.

Cient�ficos llegar�an a proponer teor�as tan extra�as que uno de ellos, el brillante Neils Bohr lleg� a decir que si a alguien no lo confund�a la mec�nica cu�ntica, seguramente no la hab�a entendido.

Y eso que fueron �l y sus colegas quienes crearon la mec�nica cu�ntica, una loca teor�a de la luz y la materia que acoge la contradicci�n y no le importa que es casi imposible de entender.

Una ciencia que argumentaba cosas tan inusitadas como que uno nunca puede saber d�nde est� un electr�n hasta que lo mide, y no es s�lo que no sabes d�nde est�, sino que es m�s bien como si el electr�n estuviera en todas partes al mismo tiempo.

Pero quien abri� las puertas a este mundo, Albert Einstein, poco despu�s le incomod� el camino que hab�a tomado.

Einstein odiaba la idea de que la naturaleza, en su nivel m�s fundamental, estuviera gobernada por el azar.

Tampoco le gustaba que le pusiera l�mite al saber.

Estaba convencido de que ten�a que haber una teor�a subyacente mejor y hasta la propuso.

Durante a�os Einstein y Bohr discutieron apasionadamente sobre si la mec�nica cu�ntica implicaba renunciar a la realidad o no.

Y murieron dejando ese interrogante.

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