El descubrimiento del cuanto de acción de Planck (llamado “h”) y el posterior desarrollo de la mecánica cuántica ha supuesto una verdadera revolución. Una revolución en dos planos, uno tecnológico y otro conceptual. En el plano tecnológico le debemos los chips que forman nuestros ordenadores y nuestros teléfonos móviles, los que manejan desde el lavavajillas al microondas o los circuitos electrónicos de nuestros vehículos. También le debemos los servidores de internet y, en gran medida, toda nuestra actual tecnología : satélites, aviones, dispositivos láser para la industria o la medicina y miles de artilugios (mp3, mp4, consolas de juego y un largo etcétera) que llenan nuestra vida cotidiana. En el plano conceptual ha supuesto otra revolución menos visible, pero que ha afectado a la propia esencia de nuestra concepción del mundo.

Antes del descubrimiento del cuanto de acción pensábamos en un espacio absoluto, continuo y en reposo, en el que podíamos situar cualquier objeto, por pequeño que fuera, en un punto determinado. Suponíamos que nuestro Universo había sido “pintado” – por decirlo así- con un finísimo pincel (tan fino como un punto geométrico ideal) y con trazo firme, sin temblores. Sin
embargo, la existencia de “h” implica que el pincel no es tan fino y que el trazo, además, es “tembloroso”.

En física una acción representa el producto de una energía por un tiempo, y el cuanto de acción de Planck viene a ser el mínimo trazo permitido de realidad, su mínima expresión, si entendemos la realidad hecha de energía (o materia) y de tiempo, como así ocurre. El mínimo producto de energía por tiempo, que se puede dar en la realidad, no puede ser menor que “h”. Esto tiene asombrosas implicaciones. La más evidente es que la mínima energía del vacío no puede ser cero, pues ello implicaría un tiempo infinito, asociado a ese valor (h = valor mínimo de la acción = energía x tiempo). El vacío cuántico deja de ser absoluto y estable para convertirse en un hervidero de energía y de partículas virtuales, llamadas así porque continuamente se están creando y aniquilando.

La suerte para la consistencia y continuidad aparente de nuestro mundo cotidiano es que el valor de “h” es extremadamente pequeño y, por tanto, sólo afecta en principio al mundo microscópico de las partículas elementales. Gracias a eso podemos observar nuestro mundo macroscópico con apariencia clara y estable. Nuestras mediciones de ese mundo también son lo suficientemente precisas para seguir estando tranquilos. Sin embargo, cuando queremos realizar medidas en el mundo microscópico, por pequeña que imaginemos nuestra acción sobre el objeto medido, siempre puede llegar a perturbarlo. El observador ya no resulta ajeno a lo observado y de hecho puede llegar a cambiar, completamente, su estado.

Al medir una energía con una incertidumbre muy pequeña obtendremos una incertidumbre muy elevada en el valor del tiempo asociado a la medida. Es lo que llamamos principio de incertidumbre que deriva de la propia existencia de un mínimo en el valor del cuanto de acción. Ese es el origen del “trazo tembloroso”, al que me refería más arriba. La definición del mismo viene afectado por este principio. Por muy potentes aparatos de medida que tengamos existe una incertidumbre intrínseca debida a la existencia de “h”.

La vieja idea de Newton de que la luz estaba formada por partículas, en contra de la teoría ondulatoria de su contemporáneo Huygens corroborada por posteriores experimentos en el siglo XIX y por la teoría electromagnética de Maxwell, volvía a ser vigente en parte. La radiación electromagnética estaba formada por paquetes de energía llamados fotones, tenía una doble naturaleza: ondulatoria y corpuscular. La doble naturaleza ondulatoria y corpuscular de la luz, hizo pensar al físico francés Louis de Broglie que el resto de partículas podían disfrutar de esa cualidad y estableció que cualquier partícula lleva asociada una onda de longitud igual al cuanto de acción dividido por su masa y por su velocidad (cualquier objeto macroscópico también tiene su onda asociada, pero debido al valor tan pequeño del cuanto de acción su efecto es despreciable). De hecho, cuando se diseña un experimento, dependiendo de las restricciones que se impongan a la partícula se pone de manifiesto su naturaleza ondulatoria o corpuscular.

Y toda esta doble revolución, conceptual y tecnológica, comenzó con un físico alemán llamado Max Planck que trataba de entender la distribución energética de la radiación electromagnética, entre las distintas frecuencias, allá por el año 1900. Unos datos teóricos no coincidían con la realidad y la única solución posible fue pensar que la radiación estaba formada por paquetes o cuantos, cuya magnitud dependía de su frecuencia, según la expresión: energía = (frecuencia) x (h).

En aquel momento nadie podría haber creído en la futura importancia de aquello, sin embargo fue capaz de cambiar el mundo entero y nuestra concepción del Universo. En el mundo de la ciencia, incluso, cuando parece que se trabaja y aprende por amor al arte las consecuencias pueden ser asombrosas.

Enlaces de interés:

- La física cuántica es fácil

- Física cuántica sin fórmulas

- Curso de física cuántica de la UNAM