Max Planck: biografía del físico que inició la teoría cuántica

Formación y primeros trabajos en termodinámica

Planck nació en Kiel en el seno de una familia de tradición académica y jurídica, y estudió física en las universidades de Múnich y Berlín, donde tuvo como profesores a figuras como Hermann von Helmholtz y Gustav Kirchhoff. Se doctoró en 1879 con una tesis sobre la segunda ley de la termodinámica, un campo que se convertiría en el eje de su trabajo durante las dos décadas siguientes. A diferencia de otros físicos de su generación, Planck mostró un interés temprano y persistente por los fundamentos conceptuales de la termodinámica, en particular por el concepto de entropía.

Tras ejercer como profesor en Kiel, en 1889 fue nombrado catedrático en la Universidad de Berlín, entonces uno de los principales centros de física del mundo, cargo que ocuparía durante buena parte de su carrera. Allí se dedicó a estudiar un problema experimental que por entonces desconcertaba a los físicos: el llamado problema del cuerpo negro, es decir, cómo describir matemáticamente la distribución de energía en la radiación emitida por un objeto ideal capaz de absorber toda la radiación que incide sobre él en función de su temperatura.

Referencias:

El problema del cuerpo negro y la hipótesis cuántica

Las fórmulas disponibles a finales del siglo XIX para describir la radiación del cuerpo negro funcionaban bien solo en rangos parciales del espectro: la ley de Wien se ajustaba a las frecuencias altas, mientras que la ley de Rayleigh-Jeans, basada en la física clásica, predecía de forma correcta el comportamiento a bajas frecuencias pero fallaba de manera drástica en las frecuencias altas, un problema que más tarde se conocería como la "catástrofe ultravioleta". Planck trabajó durante años buscando una fórmula que describiera correctamente todo el espectro observado experimentalmente.

En octubre de 1900 propuso una fórmula matemática que se ajustaba con notable precisión a los datos experimentales disponibles, y semanas después, en diciembre de ese mismo año, presentó ante la Sociedad Alemana de Física la explicación física que sustentaba esa fórmula: la energía de la radiación no se emite de forma continua, sino en paquetes discretos, o "cuantos", cuya energía es proporcional a la frecuencia de la radiación, según la relación E = h·f, donde h es una constante universal que hoy se conoce como constante de Planck. Esta hipótesis, formulada inicialmente por Planck como un artificio matemático más que como una convicción física profunda, resultaría revolucionaria.

Referencias: [1] · [2]

La consolidación de la física cuántica

Durante varios años, el propio Planck se mostró reticente a aceptar todas las implicaciones físicas de su hipótesis, y buscó reconciliarla con el marco de la física clásica. Fue Albert Einstein quien, en 1905, tomó en serio la idea de la cuantización al proponer que la propia luz estaba compuesta de cuantos discretos, los fotones, para explicar el efecto fotoeléctrico, ampliando el alcance de la hipótesis de Planck más allá del problema original del cuerpo negro. Poco después, Niels Bohr aplicaría ideas similares para explicar la estructura del átomo.

Planck desempeñó también un papel institucional decisivo en la consolidación de la física alemana de comienzos del siglo XX: como editor de la revista Annalen der Physik, fue uno de los primeros en reconocer la importancia de los trabajos de Einstein sobre la relatividad, y contribuyó activamente a que fuera incorporado a la Academia Prusiana de Ciencias en Berlín en 1914. En 1918 recibió el Premio Nobel de Física "en reconocimiento a los servicios prestados al avance de la física mediante el descubrimiento de los cuantos de energía".

Referencias: [2] · [3]

Últimos años bajo el nazismo y legado

Los últimos años de la vida de Planck estuvieron marcados por la tragedia personal y política. Como presidente de la Sociedad Kaiser Wilhelm, intentó sin éxito interceder ante las autoridades nazis para frenar la persecución de científicos judíos tras la llegada de Hitler al poder en 1933, entre ellos colegas cercanos, y se mantuvo en su cargo pese a las presiones en un intento de preservar la investigación científica alemana. Durante la Segunda Guerra Mundial perdió su casa en un bombardeo y, en 1945, su hijo Erwin fue ejecutado por su participación en un complot para asesinar a Hitler.

Tras la guerra, ya con más de ochenta años, Planck contribuyó a la reorganización de la ciencia alemana, y la Sociedad Kaiser Wilhelm pasó a llamarse Sociedad Max Planck en su honor poco antes de su muerte en 1947. Su hipótesis cuántica, formulada en un inicio como una solución matemática a un problema técnico concreto, terminó convirtiéndose en el punto de partida de la física cuántica, la teoría que hoy describe el comportamiento de átomos, partículas subatómicas y buena parte de la tecnología electrónica moderna.

Referencias: [3] · [4]

Cronología

1. 1858

   Nace en Kiel.

2. 1889

   Es nombrado catedrático de física en la Universidad de Berlín.

3. 1900

   Formula la hipótesis de la cuantización de la energía para explicar la radiación del cuerpo negro.

4. 1918

   Recibe el Premio Nobel de Física.

5. 1930

   Es nombrado presidente de la Sociedad Kaiser Wilhelm.

6. 1947

   Muere en Gotinga, poco después de que la institución que presidía pase a llamarse Sociedad Max Planck.