21 de marzo, la primavera va llegando, nos preparamos para
vivirla intensamente. Atrás quedan las noches de invierno en las que nos
sentamos –acompañados- frente a la
chimenea y nos dejamos hipnotizar por las formas del fuego. Esas horas en las
que notamos no sólo las figuras caprichosas que forman las llamas sino sus
distintos colores: azules, rojos, amarillos.
Atrás queda también el deleite con
el que nos servimos otra copa de vino para seguir observando la madera arder y
continuar la conversación sobre temas de literatura o de gastronomía. Lindas
esas noches de invierno en las que la plática se vuelve más íntima a medida que
la leña y el vino se consumen. No son
noches como esas las que propician hablar de física.
Pero ahora la primavera ha llegado, ya no estamos frente a
la chimenea. Veo a la gente vestirse de
blanco para salir a “cargarse de energía”
visitando alguno de los centros de cultura prehispánica y vuelvo a pensar en la
madera ardiendo, en la luz que genera y decido que ahora, con el calor, es mejor momento para hablar un poquito de
física. Pienso en que no únicamente los
troncos que se queman producen luz, es decir radiación electromagnética en la
región visible del espectro. También lo hace el filamento caliente de un foco o
un pedazo de metal calentado en una forja. El Sol mismo, es un gas muy
caliente, emitiendo luz.
La asociación de fuego, calor y luz debe ser inmemorial. Los
primeros hombres habrán aprovechado el fuego para quitarse el frío y se habrán
extasiado igual que nosotros frente al abigarrado oscilar de las flamas. Sin embargo pasaron muchos años, de hecho
hasta mediados del siglo XIX, para poder responder a la pregunta de qué colores
se observan cuando un objeto como un metal o un gas, se calienta.
Ya para 1862 había suficientes datos experimentales que permitían
conocer la forma en que la energía calorífica emitida por un cuerpo caliente se
distribuía entre las diferentes frecuencias o longitudes de onda visibles o no.
Fue en ese año que el alemán Gustav Kirchhoff, también conocido por el estudio
de los circuitos eléctricos, acuña un término que marcaría la historia de la
física: “la radiación de cuerpo negro”.
El cuerpo negro es un límite teórico para designar a un
objeto que absorbe el 100% de la energía que recibe. Los metales bien pulidos
reflejan la energía que incide sobre ellos y por lo tanto son malos para
absorberla. De hecho es una práctica más o menos común pintar de plateado los
techos de algunas casas para evitar que se calienten. Los objetos oscuros en
cambio absorben la mayor parte de la energía que reciben.
Por esa misma razón la gente en invierno se viste de colores
oscuros que son más “calientitos”, es decir absorben más la energía y en época
de calor se viste de colores claros. En ciudades de climas cálidos la gente
viste de blanco, no para recibir energía sino todo lo contrario para estar
fresca. Así que no deja de seguir llamando mi atención cada año, el que la
gente que va a cargarse de energía a las pirámides, se vista de blanco. Con
ropas de ese color recibirán menos energía que con prendas blancas.
Pero dejemos de lado un rato a quienes van a las pirámides a
cargarse de energía y terminemos la
historia de la radiación del cuerpo negro que fue motivo de estudio por parte
de los mejores físicos de finales del siglo XIX, entre ellos Wien, Rayleigh, Boltzmann,
Jeans, Stefan, y claro Planck.
Los datos experimentales mostraban que la longitud de onda
de la radiación emitida, depende de la temperatura. Wilhelm Wien encontró que
la longitud de onda del máximo de radiación multiplicada por la temperatura de
emisión es una constante. A este hecho lo conocemos hoy como la ley de Wien.
Josef Stefan y Ludwig
Boltzmann encontraron que la cantidad de energía emitida por una superficie en
un tiempo dado es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura. Esta es
la ley que conocemos como de Stefan-Boltzmann.
Faltaba una formulación teórica que “explicara” la forma de
la curva experimental de la radiación del cuerpo negro. Con la física de ese
tiempo, anterior a la mecánica cuántica, Rayleigh y Jeans, dos de los físicos más
prominentes de la época propusieron una hipótesis para tratar de hacerlo.
Basaron su razonamiento en un resultado obtenido por Maxwell, conocido como equipartición
de la energía, según el cuál la energía total disponible debía distribuirse por
igual entre todas las frecuencias posibles.
Su modelo reproducía bien los datos experimentales en la
zona de las frecuencias bajas, pero predecía un crecimiento infinito en la
región ultravioleta. Creo que fue Paul
Ehrenfest, discípulo de Boltzmann, quien bautizo este hecho como la “catástrofe
ultravioleta”.
Quien finalmente creó una hipótesis para explicar
teóricamente la radiación del cuerpo negro fue Max Planck. Su propuesta -la
cuantización de la energía- fue tan
revolucionaria que revolucionó la física del siglo XX.
Pero en fin, hoy la gente se vestirá de blanco y se ira a
cargar de energía, ¿no es una catástrofe?