Ley de Rayleigh-Jeans un paso mas hacia la cuantica

LEY DE RAYLEIGH-JEANS
UN PASO MÁS HACIA LA CUANTICA
En el intento de explicar y modelar lo fenómenos naturales, el hombre se ha
chocado con un sin número de problemas y paradigmas que después de variados
esfuerzos se han podido derribar, aunque no todos, si algunos de estos. La ley de
Rayleigh y Jeans fue uno de los múltiples intentos por explicar la radiación
espectral de la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro a una
temperatura determinada.
Un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la
energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se refleja o
pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y
constituye un modelo ideal físico para el estudio de la emisión de radiación
electromagnética.
Aunque con una falla importante, presentada en este documento, el planteamiento
de los científicos ingleses fue un importante paso ya que la explicación de este
fenómeno venia en desarrollo desde hace casi medio siglo con algunos tropiezos,
con los estudios anteriores como la ley de Wien y la ley de Stefen-Boltzmann.
Es importante conocer antes de una teoría perfecta, cuales fueron los pasos para
llegar a ella, entonces se hace indispensable comprender y aprehender los
conocimientos transmitidos por la ley de Rayleigh-Jeans, como las leyes de Wien
y de Stefen-Boltzmann. para tener un conocimiento estructurado del problema de
la radiación del cuerpo negro.
Todo cuerpo emite energía en forma de ondas electromagnéticas, o radiación, así
que un cuerpo a temperatura ambiente emite radiación, aunque no es notable por
su baja temperatura, al aumentar la temperatura de un cuerpo también aumenta la
“intensidad” de la radiación emitida por dicho cuerpo. La intensidad de esta
radiación está determinada por la longitud de onda y la frecuencia de las ondas
electromagnéticas emitidas por el cuerpo. Estudiar la relación de estas
propiedades y la temperatura a la cual se somete un cuerpo no debió ser fácil,
menos en aquella época donde no se contaba con la tecnología que ahora es tan
indispensable para el rápido desarrollo y exactitud de una “ley o teoría”.
Así que la ley de Rayleigh-Jeans busca explicar el proceso que describe la
interacción entre la materia y la radiación, el modo en que la materia intercambia
energía, emitiéndola o absorbiéndola, con una fuente de radiación.
Para poder explicar el comportamiento de la radiación emitida por un cuerpo negro
los científicos ingleses Rayleigh y Jeans partieron de unas consideraciones
basadas en sus experiencias, aunque sin unas técnicas precisas en sus
mediciones:
De acuerdo con las predicciones del electromagnetismo clásico, un cuerpo negro
ideal en equilibrio térmico debía emitir energía en todos los rangos de frecuencia;
de manera que a mayor frecuencia, mayor energía.
La anterior es la formulación Matemática de la Ley de Rayleigh y Jeans, en donde
KB es la constante de Boltzmann, T es la temperatura, y c es la velocidad de la luz.
Es indiscutible que es lógico pensar que la densidad de energía es proporcional a
la temperatura y a la frecuencia de la radiación emitida por el cuerpo. Ya que
aumentar la temperatura de un cuerpo implica aumentar la movilidad de las
partículas que lo componen y por consiguiente aumentar la intensidad de las
ondas electromagnéticas producidas por dichas partículas.
Entonces hasta el momento todo iba bien, el modelo se ajustaba a la realidad,
pero al intentar comprobarlo experimentalmente notaron que había cierto
desacuerdo con la realidad, resulta que este modelo matemático solo estaba de
acuerdo con la realidad cuando se trataba de bajas frecuencias, ya que a altas
frecuencias la densidad de energía tendía a un valor de 0. Este problema se
conoció como la “catástrofe ultravioleta”. No debió ser fácil para Rayleigh y Jeans
como para la ciencia enfrentar esta problema, ya que durante el desarrollo del
modelo no se habían presentado problemas o discrepancias con la realidad, todos
estaban de acuerdo con él, y de un momento a otro descubrir que contradecía la
teoría clásica ondulatoria convertía en un fracaso aunque grande no total en el
intento de solucionar el problema de la radiación del cuerpo negro.
Pero la catástrofe ultravioleta no llego de la mano con un fracaso rotundo ya que
poco tiempo después aparecería Max Planck no solo con una solución a este
problema si no con una teoría que revolucionaria por completo el estudio de la
física y daría bases para la hoy conocida “física cuántica”.
Entonces podemos concluir que aunque la ley de Wien daba una explicación
experimental correcta si la frecuencia de la radiación es alta, pero fallaba para
frecuencias bajas, y, por su parte, la Ley de Rayleigh-Jeans daba una explicación
experimental correcta si la frecuencia de la radiación es baja, pero fallaba para
frecuencias altas, estos fueron pasos importantes en el análisis del problema de la
radiación del cuerpo negro, pasos que finalmente llevaron a un planteamiento que
rompió con un paradigma que conllevo a una gran revolución en el estudio de la
física.