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Los quanta

En 1900 Max Planck había mostrado que, cuando se hace vibrar mucho a los átomos, su energía sólo puede ser medida en unidades discretas, que se llamaron “quanta”. Es decir, la energía de un átomo y, por ende la de cualquier objeto, sólo puede ser un quanta, dos quanta,… pero nunca siete quanta y medio. Esto es extraño, siempre se había pensado que la energía debía ser una magnitud siempre divisible. No es el caso. ¿Qué se le va a hacer?

Pero es que siguen las cosas extrañas. Recordemos las entradas anteriores con la aportación de Einstein con la explicación del fenómeno fotoeléctrico y la de Rutherford con su modelo de átomo. Pues bien, había algo que no funcionaba. Si el electrón estaba dando vueltas alrededor del núcleo debería perder energía hasta acabar cayendo sobre él, emitiendo un arco iris de colores (fotones) en su camino. Esto se derivaba de las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo y del fenómeno fotoeléctrico. Pero esto no ocurría.

Para poner orden en todo esto, Bohr propuso su modelo de átomo.

Regla 1: Los electrones pueden orbitar sólo a ciertas distancias del núcleo.

Regla 2: Los átomos radian energía cuando saltan de una órbita de alta energía a una de baja energía y la absorben cuando hacen lo contrario.

Entre otras cosas, esto quiere decir que cuando un electrón pasa de una órbita a otra, lo hace sin pasar por ningún estadio intermedio.

Bohr y varios físicos más fueron refinando este modelo hasta conseguir que se acomodara a las observaciones. Para ello propuso que las órbitas podían distinguirse por (i) la distancia al núcleo, (ii) su forma  (iii) su inclinación (véase la imagen de arriba). Además, (iv) el electrón podía girar en un sentido o en otro (lo que se llama espín). Así, a una distancia al núcleo pueden caber órbitas de varias formas e inclinaciones y con electrones girando en distintos sentidos. Lo que no puede ocurrir es que dos electrones estén en la misma órbita, con la misma forma, la misma inclinación y el mismo espín, todo igual a la vez, en el mismo átomo. Las distintas distancias están definidas por unos números, igual que las formas, las inclinaciones y los dos espines. Son los llamados números cuánticos.

Mis revueltas:

Ya llevamos acumuladas varias variables que se pensaban continuas (que podían tomar cualquier valor) y resultaron ser discretas (que solo pueden tomar determinados valores): la cantidad de energía que puede tener un objeto, la interacción entre electrones y fotones y las órbitas de los electrones. No sé si, llegados a este punto, los físicos empezaron a sospechar que esta cuantificación de la naturaleza llegaría a todos los aspectos de la naturaleza, incluidas todas las partículas elementales y las propias magnitudes de espacio y tiempo.

Llevamos también acumulas varias situaciones extrañas en el mundo de las partículas elementales. El vacío que es, en realidad, la materia, la dualidad onda-partícula de la luz y los números cuánticos. Por extraño que fuera todo esto, lo extraño que todavía llegaría a ser el mundo de lo pequeño sí que no había quien lo pudiera prever. Atentos a las siguientes entradas de esta historia más extraña jamás contada.