La mecánica cuántica es la rama de la física matemática que estudia los sistemas atómicos y subatómicos y su interacción con la radiación en términos de cantidades observables.
Nacido: 23 Abril 1858 en Kiel, Schleswig-Holstein, AlemaniaJustificadamente favorecido por ambos profesores y compañeros de clase ... y a pesar de tener métodos infantiles, tiene una mente muy clara y lógica. Se muestra como una gran promesa.
El mundo exterior es algo independiente del hombre, algo absoluto, y la búsqueda de las leyes que se aplican a este absoluto me parecieron la más sublime profesión científica.Los desalentadores comentarios de su profesor de física establecieron claramente el tono para su época en la Universidad de Munich por lo que Planck escribió más tarde:
No tuve la buena fortuna de un eminente científico o profesor dirigiendo el curso específico de mi educaciónEstuvo enfermo durante el verano de 1875 lo que hizo que abandonara los estudios temporalmente. Era costumbre entre los estudiantes alemanes moverse entre universidades en esa época y de hecho Planck se trasladó a estudiar a la Universidad de Berlín desde octubre de 1877 donde sus profesores incluyeron a Weierstrass, Helmholtz y Kirchhoff. Más tarde escribió que él admiraba enormemente a Kirchhoff pero que le encontró seco y monótono como profesor. Sin embargo es probable que sea el contraste entre la actitud de investigación de sus profesores de Munich y los de Berlín la que impulsó la cita que dábamos arriba (hecha muchos años después). Una parte importante de su educación en Berlín llegó, sin embargo, a través del estudio independiente ya que en esta etapa leyó los artículos de Rudolf Clausius sobre termodinámica. De nuevo la absoluta naturaleza de la segunda ley de la termodinámica le impresionó.
Los artículos de Planck son fácilmente distinguibles de los de la mayoría de sus colegas en que él intenta seguir las estrictas consecuencias de la termomecánica de manera constructiva, sin añadir hipótesis adicionales y separa cuidadosamente lo seguro de lo dudoso ... sus artículos ... le muestran claramente como un hombre de ideas originales que labra sus propios caminos [y] que tiene una visión integral de conjunto de las distintas áreas de la ciencia.Planck fue nombrado profesor extraordinario de física teórica en la Universidad de Berlín el 29 de noviembre de 1888, y al mismo tiempo se convirtió en director del Instituto de Física Teórica. Fue ascendido a profesor ordinario el 23 de mayo de 1892 y mantuvo el cargo hasta que se retiró el 1 de octubre de 1927. Sus colegas y amigos incluían a Emil du Bois-Reymond (el famoso fisiólogo y hermano de Paul du Bois-Reymond), Helmholtz, Pringsheim, Wien, al igual que teólogos, historiadores, y filólogos. Continuó entregándose a su pasión por la música teniendo un harmonio construido con 104 tonos en cada octava, y organizando conciertos en su propia casa.
... todo el proceso fue un acto de desesperación ya que tenía que encontrarse una interpretación teórica a cualquier precio, sin importar lo elevada que pudiera ser.Planck recibió el Premio Nobel de Física en 1918 por su logro. Él describió en su discurso del Nobel dado el 2 de Junio de 1920, con mucho más detalle del que hemos dado antes, cómo hizo sus descubrimientos. Damos ahora algunos extractos del discurso:
Durante muchos años, [mi meta] fue resolver el problema de la distribución de energía en el espectro normal del calor irradiado. Después de que Gustav Kirchhoff hubiese demostrado que el estado de la radiación de calor que tiene lugar en una cavidad delimitada por cualquier material emisor y absorbente a una temperatura uniforme es totalmente independiente de la naturaleza del material, se demostró una función universal que era dependiente sólo de la temperatura y la longitud de onda, pero de ningún modo de las propiedades del material. El descubrimiento de esta destacable función prometía una visión más profunda de la conexión entre la energía y la temperatura que es, de hecho, el problema principal en la termodinámica y por tanto en toda la física molecular. ...
En esa época mantuve lo que hoy serían consideradas ingenuamente inocentes y asumibles esperanzas, de que las leyes de la electrodinámica clásica nos permitirían, si se abordaran de una forma suficientemente general evitando hipótesis especiales, comprender la parte más significativa del proceso que esperaríamos, y por tanto lograr la meta deseada. ...
[Varios métodos diferentes] mostraron más y más claramente que un importante elemento de conexión o término, esencial para llegar a la base del problema, tenía que estar perdido. ...
Estuve ocupado... desde el día en que yo [establecí una nueva fórmula para la radiación], con la tarea de encontrar una interpretación física real de la fórmula, y este problema me llevó automáticamente a considerar la conexión entre la entropía y la probabilidad, es decir, el tren de ideas de Boltzmann; posteriormente tras varias semanas del más duro trabajo de mi vida, la luz penetró la oscuridad, y una nueva perspectiva inconcebible se abrió ante mi. ...
Debido a que [una constante en la ley de la radiación] representa el producto de la energía y el tiempo ... la describí como el cuanto elemental de acción. ... Mientras que fuera mirado como infinitamente pequeño ... todo estaba correcto; pero en el caso general, sin embargo, un hueco se abría en un lugar o en otro, que se convertía en más importante cuanto más débiles y rápidas se considerasen las vibraciones. Todos esos esfuerzos en salvar las distancias se derrumbaron pronto dejando poco lugar a dudas. O bien el cuanto de acción era una cantidad funcional, con lo que toda la deducción de la ley de la radiación era esencialmente una ilusión que representaba sólo un papel vacío sobre fórmulas sin significado, o bien la derivación de la ley de la radiación debía jugar un papel fundamental en la física, y aquí había algo completamente nuevo, nunca oído con anterioridad, que parecía requerir que revisáramos básicamente todo nuestro pensamiento físico, construido como lo estaba, a partir del tiempo del establecimiento del cálculo infinitesimal porLeibniz y Newton, sobre la aceptación de la continuidad de todas las conexiones causativas. La experimentación decidió que era la segunda alternativa.Al principio la teoría encontró resistencia pero, debido al exitoso trabajo de Niels Bohr calculando las posiciones de las líneas espectrales usando la teoría, fue generalmente aceptada. El mismo Planck en [7] explica cómo, a pesar de haber inventado la teoría cuántica1, él mismo no la comprendía al principio:
Intenté inmediatamente soldar alguna forma el cuanto elemental de acción en el marco de la teoría clásica. Pero contra todos esos intentos esta constante se mostró testaruda ... Mis fútiles intentos por integrar el cuanto elemental de acción en la teoría clásica continuaron durante varios años y me costaron muchos esfuerzos.Planck, que tenía 42 años cuando hizo este histórico anuncio del cuanto, tomó poca parte en el posterior desarrollo de la teoría cuántica. Fue dejado a Einstein con las teorías de los cuantos de luz, a Poincaré que probó matemáticamente que los cuantos eran una consecuencia necesaria de la ley de la radiación de Planck, Niels Bohr con su teoría del átomo, Paul Dirac y otros. Tristemente su vida estuvo llena de tragedias en los años que siguieron a esta destacable iniciación del estudio de la mecánica cuántica. Su mujer Marie murió el 17 de octubre de 1909. Tuvieron cuatro hijos; dos niños, Edwin y Kart, dos mellizas, Margarete y Emma. Dos años después de la muerte de su primera mujer, Planck se casó de nuevo, con Marga von Hösslin, la sobrina de Marie, su primera mujer, el 14 de marzo de 1911. Tuvieron un niño, Hermann. Kart, el más joven de los hijos del primer matrimonio de Planck, murió en 1916 durante la Primera Guerra Mundial. Sus dos hijas murieron de parto, Margarete en 1917 y Emma en 1919. Su hijo Edwin se convirtió en su mejor amigo y consejero, pero como relatamos más abajo Edwin murió en circunstancias incluso más terribles.
He estado aquí en Berlín en la universidad desde 1889 ... por tanto soy bastante veterano. Pero realmente no hay ningún antiguo berlinés genuino, gente que naciera aquí; en el mundo académico todo el mundo se traslada con frecuencia. La gente se va de una universidad a la siguiente, pero en ese sentido yo soy realmente muy sedentario. Pero una vez que llegué a Berlín no fue fácil marcharse; a fin de cuentas, este es el centro de la actividad intelectual de toda Alemania.Sin embargo, permanecer en Berlín hacia el final de la Segunda Guerra Mundial, era muy peligroso. Él se mudó a Rogätz, cerca de Magdeburgo, en 1943. Su casa en el suburbio de Grunewald en Berlín fue destruida por el fuego tras un bombardeo en Febrero de 1944. Perder su casa y posesiones fue malo, pero perder sus irreemplazables libros de notas científicas fue una tragedia para él y para la ciencia. Peor fue lo que siguió. Su hijo Edwin fue sospechoso de estar implicado en el complot para asesinar a Hitler el 20 de Julio de 1944 y fue ejecutado por la GESTAPO a primeros de 1945. En [4] Heilbron describe el impacto de las guerras sobre Planck y su familia:
Él recordaría, incluso en su vejez, la visión de las tropas prusianas y austriacas marchando sobre su ciudad natal cuando tenía seis años. A lo largo de su vida, la guerra le causaría un profundo sufrimiento personal. Perdió a su hijo mayor durante la Primera Guerra Mundial. En la Segunda Guerra Mundial, su casa en Berlín fue incendiada en un bombardeo. En 1945 su otro hijo fue ejecutado cuando fue declarado culpable de complicidad en un complot para asesinar a Hitler.Planck tenía 87 años al final de la Segunda Guerra Mundial y fue llevado a Göttingen por los aliados. Notablemente, dada su edad, fue capaz de emplear su esfuerzo en reconstruir la ciencia alemana y de nuevo llegó a presidente de la Kaiser Wilhelm Gesellschaft en 1945-46. Era la segunda vez que defendía la ciencia alemana a través de un periodo de excepcional dificultad.
Una importante innovación científica raramente se abre camino persuadiendo y convirtiendo a sus oponentes: raramente sucede que Saulo se convierte en Pablo. Lo que pasa es que sus oponentes mueren gradualmente, y la generación naciente está familiarizada con las ideas desde el principio.
(Nueva York 1949).
Si alguien dice que puede pensar en los problemas de los cuantos sin marearse, eso sólo significa que no comprendió lo primero sobre ellos.
Su nombre destaca con magnificencia sobre el pórtico de la física clásica, y podemos decir esto de él; por su nacimiento James Clerk Maxwell pertenece a Edimburgo, por su personalidad pertenece a Cambridge, por su obra, pertenece a todo el mundo.