Max Planck, el padre de la teoría cuántica

Puede que alguna vez hayas escuchado el nombre de Max Planck. Fue un físico alemán, considerado el padre de la teoría cuántica. Fue uno de los científicos más innovadores e influyentes de su época. Revolucionó el campo de la física, a pesar de que le dijeron que no había nada por descubrir cuando comenzó su carrera…

La infancia y educación de Max Planck

Nacido en 1858 en Kiel, Alemania, Max Planck fue hijo de intelectuales. Su abuelo y bisabuelo eran profesores de teología, su padre fue profesor de derecho y su tío juez. En 1867, su familia emigró a Múnich. Allí, el joven Planck se inscribiría en la escuela Maximiliansgymnasium. Desde muy pequeño, Max demostró una gran aptitud para la matemática, la astronomía, la mecánica y la música.

Se graduó pronto, a los 17 años, y comenzó a estudiar física téorica en la Universidad de Múnich. En 1877, entró en la Universidad Freidrich Wilhelms en Berlín, donde estudió con el físico Hermann von Helmholtz. Fue una persona que tuvo una gran influencia en Planck. Se convirtieron en buenos amigos y, eventualmente, Max decidió centrarse en la termodinámica como su campo de investigación.

En octubre de 1878, superó sus exámenes de cualificación y defendió su disertación en febrero de 1879. La tituló «Sobre la segunda ley de la termodinámica». En este trabajo, realizó la siguiente afirmación, de la que se cree que se deriva la segunda ley de la termodinámica: «es imposible construir un motor que funcione en un ciclo completo, que no haga otra cosa que elevar un peso y causar el correspondiente enfriamiento de una fuente térmica».

Descubrimientos en el anonimato

Durante algún tiempo, Max Planck disfrutó de cierto anonimato por su trabajo en el campo de la entropía (un tema que estaba considerado completamente muerto. Durante este tiempo, Planck realizó algunos descubrimientos muy importantes. Le permitieron aumentar su reputación y conseguir seguimiento sobre su trabajo. Por ejemplo, su tratado sobre la termodinámica, publicado en 1897, contiene las semillas de ideas que se convertirían en conceptos muy relevantes.

Con su tesis completada, Planck se convirtió en conferencista privado en la Universidad Freidrich Wilhelms, en Múnich. También se unió a la Sociedad de Física local. Aunque la comunidad académica no le prestó demasiada atención, continuó su trabajo en la teoría del calor. Eso le llevó a descubrir, independientemente, la misma teoría de la termodinámica y la entropía que Josiah Willard Gibbs, el físico americano al que se le atribuye el descubrimiento.

En 1885, la Universidad de Kiel designó a Planck como profesor asociado de física teórica. Allí continuó su estudio en física química y sistemas de calor. En 1889, regresó a la Universidad Freidrich Wilhelms en Berlín, donde se convirtió en profesor en 1892. Permaneció en Berlín hasta su retirada en 1926, cuando le sucedió Erwin Schrödinger. Sí, el físico que da nombre a la paradoja del gato de Schrödinger.

La radiación de cuerpo oscuro

En 1894, cuando estaba bajo la comisión de compañías eléctricas para fabricar mejores bombillas, Planck comenzó a trabajar en el problema de la radiación de cuerpo oscuro. Los físicos tenían dificultades para explicar cómo la intensidad de la radiación electromágnetica emitida por un absorbente perfecto (un cuerpo oscuro) dependía de la temperatura del cuerpo y la frecuencia de la radiación (es decir, del color de la luz).

Con el paso del tiempo, Planck resolvió este problema sugiriendo que la energía no fluye de forma constante. En su lugar, lo hace en paquetes discretos, o cuantios. Es lo que se conoce como el postulado de Planck. Matemáticamente se puede expresar como E = hv. E es la energía, v es la frecuencia, y la h es la constante de Planck. Esta teoría, que no era consistente con la mecánica clásica newtoniana, ayudó a provocar una revolución en la ciencia.

Max Planck también era un científico conservador que dudaba de las implicaciones de su propia teoría. Por eso, él mismo indicó que sólo llegó a ese descubrimiento a regañadientes. Esperaba que alguien demostrase que se equivocaba. Sin embargo, el descubrimiento de la constante de Planck tuvo un impacto revolucionario. Provocó que los científicos rompiesen con la física clásica y llevó a la creación de las unidades Planck (longitud, tiempo, masa, etc).

Mecánica cuántica

Con el cambio de siglo, otro influyente científico, Albert Einstein, hizo varios descubrimientos que ayudaron a demostrar que la teoría de Planck era correcta. El primero fue su teoría de los fotones (parte de su teoría especial de la relatividad), que contradecía a la física clásica y la teoría de la electrodinámica; que sostenía que la luz era una onda que necesitaba un medio en el que poder propagarse.

El segundo descubrimiento fue otro estudio de Einstein. En él se centró en el comportamiento anómalo de ciertos cuerpos al calentarse a bajas temperaturas. Era otro ejemplo de un fenómeno que desafiaba a la física clásica. Aunque Planck fue el primero en reconocer la importancia de la relatividad especial de Einstein, rechazó la idea de que la luz pudiese estar formada por cuantios discretos de materia (en este caso, fotones).

Sin embargo, en 1911, Max Planck y Walther Nernst (un compañero suyo) organizaron una conferencia en Bruselas. El Congreso Solvay, que fue celebrado hasta en once ocasiones, al que asistieron algunas de las mentes más brillantes de la época, como Einstein o Marie Curie. El tema del congreso era la teoría de la radiación y el cuantio. Einstein asistió, y fue capaz de convencer a Planck de sus teorías sobre cuerpos específicos durante el evento. Los dos investigadores se hicieron amigos y, en 1914, Planck creó una cátedra para Einstein en la Universidad de Berlín.

La interpretación de Copenhague

Durante la década de 1920, apareció una nueva teoría sobre la mecánica cuántica, conocida como la interpretación de Copenhague. Fue creada, principalmente, por los físicos alemanes Neils Bohr y Werner Heisenberg. En ella, afirmaban que la mecánica cuántica sólo tiene la capacidad de predecir probabilidades; y que en general, los sistemas físicos no tienen propiedades definidas antes de ser medidas.

Sin embargo, fue rechazada por Planck, que creía que la mecánica de ondas haría que la teoría cuántica fuese innecesaria. A él se unieron sus compañeros Erwin Schrödinger, Max von Laue y Albert Einstein. Todos querían salvar la mecánica clásica del caos de la teoría cuántica. Pero el tiempo se encargó de demostrar que ambas interpretaciones eran correctas (y matemáticamente equivalentes), dando lugar al nacimiento de las teorías de dualidad partícula-onda.

El manifiesto de los Noventa y tres

En 1914, Max Planck se unió al fervor nacionalista que recorría Alemania. Aunque no fue un nacionalista extremo, fue uno de los firmantes del Manifiesto de los Noventa y tres. Un documento apoyado por 93 científicos y escolares alemanes. En él, se apoyaba la guerra y se justificaba la participación de Alemania. Sin embargo, en 1915, Planck revocó algunas partes del manifiesto. En 1916, se convirtió en un crítico de la anexión de otros territorios por parte de Alemania.

Tras la guerra, Planck estaba considerado como la autoridad alemana sobre la física. Era el decano de la Universidad de Berlin, miembro de la Academia Prusiana de Ciencias y la Sociedad Física Alemana, y presidente de la sociedad Kaiser Wilhelm (KWS, ahora conocida como la Sociedad Max Planck). Durante los turbulentos años de la década de 1920, el físico utilizo está posición para conseguir fondos la investigación científica.

El ascenso al poder de los nazis

La llegada al poder de los nazis en 1933 trajo tremendas dificultades. Planck presenció algunas en primera persona. Entre ellas, pudo ver la expulsión de sus puestos de muchos de sus compañeros y amigos judíos. Sin olvidar su humillación. También fue testigo del enorme éxodo de científicos y académicos alemanes. Durante esos años, el físico intentó permanecer alejado de la política, pero fue obligado a entrar en ella cuando sus colegas se vieron amenazados.

En 1936, renunció a su posición como presidente de la KWS debido a su continuo apoyo a los compañeros judíos de la sociedad. En 1938, renunció a su presidencia de la Academia Prusiana de las Ciencias, porque el Partido Nazi se había hecho con el control de la organización. A pesar de todos los golpes y dificultades llevados por la guerra, y por el bombardeo aliado, Planck y su familia permanecieron en Alemania.

En 1945, el hijo de Max Planck, Erwin, fue arrestado debido a un intento de asesinato de Hitler. Tuvo lugar en el atentado fallido del 20 de julio de 1944, y provocó su ejecución a manos de la Gestapo. Este evento provocó que Planck cayese en una profunda depresión de la que no legó a recuperarse antes de su fallecimiento.

Muerte y legado

Max Planck falleció el 4 de octubre de 1947 en Gotinga, Alemania, a la edad de 89 años. Dejó atrás a su esposa, Marga von Hoesslin, y su hijo pequeño, Hermann. Aunque había sido obligado a renunciar a sus puestos más importantes durante sus últimos años, y pasó la última parte de su vida perseguido por la muerte de su hijo mayor, Max Planck dejó un legado muy destacable tras su muerte.

No es sorprendente que, en 1918, recibiese un Premio Nobel de la Física. Fue en reconocimiento a su contribución fundamental a una nueva rama de la física. También fue incluido en la Foreign Membership of the Royal Society en 1926, consiguiendo la medalla Copley de esa sociedad en 1928. En 1909, fue invitado a participar como conferencista en la Universidad de Columbia, en la ciudad de Nueva York.

También fue muy respetado por sus colegas y contemporáneos. Se convirtió en una parte integral de las tres organizaciones científicas que dominaban las ciencias alemanas: la Academia Prusiana de Ciencias, la Sociedad Kaiser Wilhelm y la Sociedad Física Alemana. Esta última también creó la Medalla Max Planck. No es sorprendente que la primera de todas, en 1929, fuese entregada al propio Planck y a Albert Einstein.

La sociedad Max Planck

En 1948, en la ciudad de Gotinga, también se creó la sociedad Max Planck. Su objetivo era honrar la vida y logros del físico. Esta sociedad creció durante las décadas posteriores, llegando a absorber la Sociedad Kaiser Wilhem y todas sus instituciones. En la actualidad, la sociedad está reconocida como líder en ciencia e investigación tecnológica. Es la organización líder en investigación en Europa, con 33 Premios Nobeles entregados a sus científicos.

En 2009, la Agencia Espacial Europea (ESA) puso en órbita la sonda Planck. Es un observatorio espacial que analizó la radiación de fondo de microondas en las frecuencias de microondas e infrarrojo. Entre 2009 y 2013, proporcionó las mediciones más precisas que tenemos, hasta la fecha, sobre la densidad media de la materia ordinaria y la materia oscura en el universo. También ayudó a resolver diferentes incógnitas sobre el inicio del Universo y la evolución cósmica.

Max Planck siempre será recordado como uno de los científicos más influyentes del siglo XX. Junto a investigadores como Einstein, Schrödinger, Bohr y Heisenberg (la mayor parte de ellos eran amigos suyos), lograron redefinir nuestra percepción de la física y la naturaleza del Universo.

Referencias: Universe Today