Al describir la radiación del cuerpo negro, Planck asumió que la energía que pueden absorber o emitir las cargas está cuantificada, es decir, que sólo pueden absorber o emitir ciertas cantidades de energía. Pero fue Einstein, quien postuló el fotón. Tengo dos preguntas relacionadas con esto:
- ¿Planck pensó que estas energías viajaban en paquetes de ondas (si no, entonces cómo)? ¿Y por qué su cuantización de la energía de la luz es diferente de la cuantización de la luz de Einstein?
- Si Planck pensaba que podían existir energías de radiación EM, que no fueran múltiplos de la constante de Planck con frecuencia, ¿qué pasaría si una de estas interactuara con una carga que, según él, solo podría absorber ciertas energías de luz? ¿Qué pensó que pasaría con esta radiación?
A diferencia de Einstein, Planck no cuantizó las ondas electromagnéticas en sí mismas, solo las energías intercambiadas, e incluso solo estadísticamente. Entonces, las otras dos preguntas no tienen una respuesta satisfactoria porque no estaba tratando con detalles específicos de emisión/absorción a nivel de cuantos individuales. Los cuantos se concibieron como ficciones matemáticas a los efectos de un recuento estadístico, como las cajas de Boltzmann. Fue Einstein, quien las reconoció como entidades físicas reales en 1905, postulando que las ondas electromagnéticas se dividen en paquetes de ondas que transportan cuantos de energía. Pero esta tampoco era una imagen coherente ya que la electrodinámica de Maxwell no permite paquetes tan estables, y Einstein declaró en 1911 "Insisto en el carácter provisional de este concepto, que no parece conciliable con las consecuencias comprobadas experimentalmente de la teoría ondulatoria .
La derivación de Planck de la fórmula de radiación fue un asunto complicado, que comenzó en 1894 cuando él se interesó en los experimentos de emisión realizados en el Physikalisch-Technische Reichenstalt de Berlín por varios investigadores jóvenes, ver ¿Las empresas de bombillas le encargaron a Planck que estudiara la radiación del cuerpo negro ? Después de varios intentos fallidos, Planck finalmente derivó la fórmula correcta en octubre de 1900, sin ninguna cuantificación de energía. Pero a sus ojos carecía de una visión fundamental. Consideró que la termodinámica era más fundamental que la mecánica estadística de Boltzmann, un sentimiento común en ese momento, pero no pudo extraer la fórmula correcta a pesar de intentarlo durante 6 años.
Contrariamente a la creencia popular, a Planck no le preocupaba la "catástrofe ultravioleta" (el apodo de Ehrenfest de 1911) en la radiación del cuerpo negro, cuando la energía se convierte en ondas de frecuencia cada vez más altas en el éter, que es una motivación de ingeniería comúnmente devuelta. Esta "catástrofe" está relacionada con el teorema de equipartición de la mecánica estadística y no ocurre en el enfoque termodinámico de Wien, que Planck siguió originalmente.
Pasar a estadísticas discretas con "quanta" de energía en noviembre de 1900 fue "un acto de desesperación", y esperaba prescindir de ellas al final tomando un límite continuo. La última parte no funcionó. Este hilo en Physics.SE analiza las luchas de Planck con más detalle. Una cita clave proviene de su carta de 1931 a Wood:
" ... uno encuentra que la pérdida continua de energía en radiación puede prevenirse suponiendo que la energía es forzada desde el principio a permanecer junta en ciertos cuantos. Esto era puramente una suposición formal y realmente no le di mucha importancia excepto que no importa cuál sea el costo, debo lograr un resultado positivo ". (negrita mía)
Si "la energía se ve obligada desde el principio a permanecer unida en ciertos cuantos", entonces, presumiblemente, no se producen energías no múltiples. Pero esta es una autointerpretación posterior, mucho después de las aportaciones de Einstein y Bohr. En Black-Body Theory and the Quantum Discontinuity, 1894-1912, Kuhn pinta un cuadro más desordenado basado en la inspección de la evidencia contemporánea, que se convirtió en el consenso entre los historiadores.
Realmente deberías leer "Einstein and the Quantum: The Quest of the Valiant Swabian" de Douglas Stone. Es un trabajo brillante en la medida en que el profesor Stone muestra con precisión cómo Planck derivó la ley de Planck del mismo nombre y por qué la revolución cuántica no comenzó con Planck sino con Einstein. En el libro del Prof. Stone (Jefe de Física Aplicada en Yale), habiendo leído el trabajo de TS Kuhn sobre el Problema del Cuerpo Negro y la Discontinuidad Cuántica, así como todos los artículos originales de Planck y la correspondencia sobre el tema, además de todos los originales de Einstein. artículos y correspondencia entre 1879 y 1929, argumenta esencialmente que la ley de Planck surgió como un factor matemático. En un extremo tenías la ley de Rayleigh en el límite inferior, y en el otro extremo la ley de Wien en el límite superior; Planck, Habiendo afirmado ante la Academia de Ciencias de Prusia que había derivado una fórmula directamente de la segunda ley de la termodinámica, se encontró en un dilema terrible. Su fórmula no encajaba con los datos de Kurlbaum y Planck, un matemático muy capaz, simplemente adivinó una fórmula de interpolación que encajaba con los nuevos datos de Kurlbaum.
Un Problema, sin embargo, no pudo explicarlo y lo enterró durante 5 años - de hecho, ningún científico en Europa volvió a sacarlo a relucir durante 5 años - hasta que Einstein lanzó la teoría cuántica en serio en 1905 y OTRA VEZ en 1906 con uno de los los artículos más subestimados (como reconoció más tarde Walther Nernst) en la historia de la mecánica cuántica titulados "Sobre el calor específico de los sólidos".
La ironía, por supuesto, es que Bohr, su posterior compañero de combate en la interpretación de QM, en realidad no creyó en la teoría cuántica durante años, manteniendo que "el modelo de onda del electromagnetismo está probado y probado y cualquier teoría en contrario no puede". posiblemente ajuste el experimento" (o algo por el estilo, tendré que desenterrar la cita, pero Bohr definitivamente no fue un creyente instantáneo).
Después de completar la Relatividad General, en 1917 Einstein vuelve a derivar la Ley de Planck así como la Regla de Frecuencia de Bohr de una manera completamente novedosa (cristalizada en los coeficientes A y B) y al hacerlo conjetura la aleatoriedad inherente a la teoría cuántica, un postulado conceptual que ha permanecido con la teoría desde entonces.
Mira una conferencia que Stone da sobre el tema. Bastante esclarecedor: http://www.grassrootstv.org/view?showID=12681
Una última palabra sobre el tema. Contrariamente a la opinión popular, la incursión de Einstein en revolucionar la física no comenzó en 1905 sino entre 1902 y 1903. Aquí es donde se ve la génesis de su genio poco convencional. Escribió una brillante trilogía de artículos en esos años derivando los fundamentos de la mecánica estadística a partir de los primeros principios (un trabajo que convertiría a JW Gibbs en una leyenda, y el trabajo de Gibbs, señaló Einstein, era superior pero también, en cierto modo, menos atrevido). Einstein no conocía el trabajo de Gibbs en ese momento, ya que no se había traducido correctamente al alemán. Pero aun así se pueden ver los rudimentos del pensamiento de Einstein sobre los cuantos de luz y cómo él, y no Planck, dio el salto en 1905 de que la luz, y de hecho toda la energía y la materia, están cuantizadas. Su completo dominio de la mecánica estadística y la termodinámica se pone de manifiesto una y otra vez a lo largo de su desarrollo de la teoría cuántica. Es interesante:http://faculty.poly.edu/~jbain/heat/readings/98Navarro.pdf
K7PEH
Espaguetificación cuántica
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