Max Planck y

Max Planck y Dios.
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Es mi convicción y certeza que las ciencias no son antagonistas de la religiosidad o de la
espiritualidad, todas ellas son formas distintas de conocer al Creador, a Dios.
Al respecto, hay dos científicos que merecen especial atención, pues representan la
entrada de la ciencia en un nuevo paradigma: la confluencia entre ciencia y religión.
Albert Einstein (1879-1955) y Max Planck (1858-1947)
No hay ningún ateo mínimamente cultivado que ponga en duda las aportaciones al
conocimiento del Universo de estos dos genios.
Hoy hablaré de Planck y dedicaré una entrada posteriormente a Einstein y su
concepción del Creador.
Planck es el padre de la Teoría Cuántica y Einstein de la Teoría de la Relatividad,
Cosmología Física y la Teoría de Campo unificada.
Todas ellas consideradas las puertas que comunican la ciencia y la espiritualidad.
Sobre Max Planck dijo el científico Werner Héinsenberg lo siguiente:
“Max Planck fue el último gran representante de la época clásica de la física, y al
mismo tiempo el que comenzó todo lo nuevo; en cierto modo actuando bajo la presión
ejercida por las leyes naturales. Max Planck se vió inducido a apartarse de ciertas
categorías de pensamiento, consideradas como evidentes hasta entonces”.
La disertación que dió Max Planck en un Congreso de Ciencias Físicas en Florencia,
Italia, fue totalmente increíble al afirmar que la materia concreta es mera apariencia:
“En mi carácter de Físico y como hombre que ha dedicado su vida a la ciencia auténtica,
a la investigación de la Materia, me creo a salvo de la sospecha de un fantasioso
irresponsable. Por ello, y a raíz de mis exploraciones en el campo atómico, declaro lo
siguiente:
No existe la materia en si.
Toda materia nace y permanece únicamente en virtud de una Fuerza que pone en
vibración las partículas intraatómicas y las mantiene vinculadas semejando al más
pequeño sistema solar del mundo. Siendo que en el Universo no existe fuerza
inteligente ni fuerza eterna (abstracta) alguna (la humanidad nunca pudo inventar un
“perpetum mobile”), debemos admitir detrás de la Fuerza mencionada la presencia de
un Espíritu consciente inteligente, o sea que EL FUNDAMENTO ESENCIAL DE LA
MATERIA ES DICHO ESPIRITU.
Ya que según vimos la Materia no existe sin este Espíritu, lo real, cierto y efectivo no es
la Materia visible y transitoria, sino el Espíritu invisible e inmortal. Pero siendo que no
puede haber espíritu en sí por pertenecer cada espíritu a un ser, debemos forzosamente
admitir seres espirituales.
Ahora bien: como a su vez los seres espirituales no pueden ser por sí mismos, sino que
deben ser creados, no vacilo en denominar a ese misterioso Creador como lo han
nombrado todos los pueblos cultos de la Tierra en los pasados milenios: Dios”.
Tras cumplir 50 años Max Planck sufrió muchas tragedias personales. En 1909, su
primera esposa murió después de 22 años de matrimonio, dejando dos hijos y dos hijas
gemelas. Su hijo mayor murió en el frente de combate en la Primera Guerra Mundial en
1916; sus dos hijas murieron de parto. Durante la Segunda Guerra Mundial, su casa en
Berlín fue destruida totalmente por las bombas en 1944 y su hijo más joven, Erwin, fue
implicado en la tentativa contra la vida de Hitler que se efectuó el 20 de julio de 1944 y
murió de forma horrible en manos de la Gestapo en 1945.
Todo este cúmulo de adversidades, aseguraba su discípulo Max von Laue, las soportó
sin una queja. Al finalizar la guerra, Planck, su segunda esposa y el hijo de ésta, se
trasladaron a Göttingen donde él murió a los 90 años, el 4 de octubre de 1947.
De entre sus citas más conocidas:
“Para las personas creyentes, Dios esta al principio. Para los científicos está el final de
todas sus reflexiones.”
“Creo que la conciencia es fundamental. Creo que todo asunto deriva de la conciencia.
Todo lo que hablamos, todo lo que consideramos como existente, es dictado por la
conciencia.”
A mis lectores, no os quepa la menor duda de que cuanto más cerca está el hombre de la
verdad científica más se acerca a Dios.
"Max Planck, Dios y la materia"
Itinerario Psicosomática y Filosofía de la ciencia
Como consecuencia del profundizar en los temas tratados en nuestro
“Itinerario de Psicosomática y Filosofía de la Ciencia”, 2016-17, nace este
artículo en la pluma de uno de los participantes.
Max Planck, Dios y la materia
¿Algo o nada?
¿Es posible que la ciencia moderna hable de Dios o de un creador que
explique porque hay algo en vez de nada? ¿Cómo se explica que las leyes del
universo parezcan estar “afinadas” para producir vida, y no meros gases
inertes? ¿Hay detrás una inteligencia rectora que sería la de Dios? Son
algunas de las preguntas candentes y actuales que necesariamente hablan
sobre las relaciones entre ciencia, razón y fe. A las librerías llegan obras de los
llamados “nuevos ateos” como Dawkins u Onfray con suma facilidad y en
editoriales de mejor difusión, en contra de las obras de los autores teístas que
lo tienen mucho más difícil, las cuales o no se traducen o cuando se traducen
lo hacen con bastante retraso y en editoriales de difusión menor. Esta situación
es muy lamentable, sobre todo porque no guarda relación alguna con la calidad
de los trabajos de unos y otros.
Son importantes al respecto las palabras de Antonio Fernández-Rañada, Físico
español, catedrático de la facultad de Física de la Universidad Complutense de
Madrid:
“Hay que tener en cuenta que para una parte de la opinión pública y del mundo
intelectual la Ciencia se opone necesariamente a la fe en Dios y, los científicos,
necesariamente, son todos ateos. Pero ya veremos que hay quien lo ve de otra
manera, asegurando que la Ciencia puede acercar al hombre a Dios pues le
permite comprender mejor su obra, del mismo modo que quienes tienen
educación musical aprecian mejor un cuarteto de Beethoven".
Podemos hacer un repaso por los científicos de la historia para comprobar esta
relación entre ciencia, razón y fe. Empezaremos por Max Planck (1858-1947).
Los científicos y la ciencia
Max Planck, Físico alemán, fue el científico que, en el año 1900, desarrolló la
Teoría Cuántica de la Materia, basada en el hecho de que esta solo puede
emitir energía radiante en cantidades proporcionales a su frecuencia y no de
forma arbitraria como indicaba la teoría electromagnética clásica que solo
permitía emisión o absorción continua de energía.
Su teoría fue revolucionaria, junto a las ideas de Albert Einstein sobre el efecto
fotoeléctrico, puesto que rompía con todas las bases de la física clásica.
Fue premio Nobel de Física en 1918.
Son sugerentes sus palabras sobre Dios y la materia:
"Como hombre que ha dedicado su vida entera a la más clara ciencia superior,
el estudio de la materia, yo puedo decirles, como resultado de mi investigación
acerca del átomo, lo siguiente: no existe la materia como tal. Toda la materia
surge y persiste debido solamente a una fuerza que causa que las partículas
atómicas vibren, manteniéndolas juntas en el más diminuto de los sistemas
solares: el átomo. Debemos asumir que detrás de esta fuerza existe una
mente consciente e inteligente. Esta mente es la matriz de toda la materia".
"Creo que la consciencia es fundamental. Creo que todo asunto deriva de la
consciencia. Todo lo que hablamos, todo lo que consideramos como existente,
es dictado por la consciencia".
"Entre Dios y la ciencia no encontramos jamás una contradicción. No se
excluyen, como algunos piensan hoy, se complementan y se condicionan
mutuamente".
"Podemos concluir que a partir de lo que la ciencia nos enseña, en la
naturaleza hay un orden independiente de la existencia del hombre, un fin al
que la naturaleza y el hombre están subordinados. Tanto la religión y la ciencia
requieren la fe en Dios. Para los creyentes, Dios está en el principio y para los
científicos al final de todas las consideraciones".
"La ciencia es incapaz de resolver los últimos misterios de la naturaleza,
porque en el último análisis nosotros mismos somos parte de la naturaleza, es
decir, somos parte del misterio que tratamos de resolver".
Los científicos y la ciencia
Albert Einstein, Físico alemán, premio Nobel de Física en 1921, en un párrafo
extraído del prefacio al libro de Max Planck publicado en 1941, "¿A dónde va
la ciencia?" afirmaba:
"Algunos hombres se dedican a la ciencia, pero no todos lo hacen por amor a la
ciencia misma. Hay algunos que entran en su templo porque se les ofrece la
oportunidad de desplegar sus talentos particulares. Para esta clase de hombres
la ciencia es una especie de deporte en cuya práctica hallan un regocijo, lo
mismo que el atleta se regocija con la ejecución de sus proezas musculares. Y
hay otro tipo de hombres que penetran en el templo para ofrendar su masa
cerebral con la esperanza de asegurarse un buen pago. Estos hombres son
científicos tan sólo por una circunstancia fortuita que se presentó cuando
elegían su carrera. Si las circunstancias hubieran sido diferentes podrían haber
sido políticos o magníficos hombres de negocio. Si descendiera un ángel del
Señor y expulsara del Templo de la Ciencia a todos aquellos que pertenecen a
las categorías mencionadas, temo que el templo apareciera casi vacío. Pocos
fieles quedarían, algunos de los viejos tiempos, algunos de nuestros días. Entre
estos últimos se hallaría nuestro (Max) Planck. He aquí por qué siento tanta
estima por él.
El siglo XX: Einstein y Planck
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El siglo XX se abre con las dos grandes figuras de Max Planck y Albert Einstein.
Examinemos sus opiniones. Albert Einstein es uno de los dos o tres científicos más
grandes de la historia. También es reconocido como un icono de su época y como tal
fue nombrado hace poco "Persona del siglo xx" por la revista norteamericana Time.
Como explicó en varios escritos y conferencias, su intenso sentimiento religioso
emanaba de la emoción producida por el orden y la armonía del cosmos49. No veía
ninguna incompatibilidad entre ciencia y religión, ni creía que ésta pueda ser eliminada
o sustituida por la ciencia (pero conviene advertir que opinaba así de la religión en
cuanto actitud personal, no de las iglesias organizadas socialmente). Durante una
reunión en una casa de Berlín en 1927, el crítico Alfred Kerr se extrañó de haber oído
que era profundamente religioso, tomándoselo a broma. Uno de los asistentes, el
diplomático y escritor conde Harry Kessler, describió en su diario la escena. Según él,
Einstein respondió a Kerr con calma:
Sí, lo soy. Al intentar llegar con nuestros medios limitados a los secretos de la
naturaleza, encontramos que tras las relaciones causales discernibles queda algo sutil,
intangible e inexplicable. Mi religión es venerar esa fuerza, que está más allá de lo que
podemos comprender. En ese sentido soy de hecho religioso.
Y en una carta de 1936: "Las leyes de la naturaleza manifiestan la existencia de un
espíritu enormemente superior a los hombres [...] frente al cual debemos sentirnos
humildes. El cultivo de la ciencia lleva por tanto a un sentimiento religioso de una clase
especial, que difiere esencialmente de la religiosidad de la gente más ingenua"5.
En 1929, el rabino Herbert Goldstein, de la Sinagoga Institucional de Nueva York,
preocupado por una crítica negativa del cardenal de Boston O'Connor, envió a Einstein
un telegrama diciendo: "¿Cree usted en Dios? Stop. Respuesta prepagada de cincuenta
palabras"52. La contestación fue: "Creo en el Dios de Spinoza que se revela en la
armonía del mundo, no en un Dios que se ocupa del destino y los actos de los seres
humanos". Einstein sentía una gran admiración por el filósofo Baruch Spinoza, cuyas
obras había estudiado ya en su juventud y cuya visión del mundo le resultaba próxima a
la que él mismo había elaborado a partir de la física del siglo xix. El sistema filosófico
de Spinoza es un panteísmo en el que Dios, todo razón, geometría y lógica, se identifica
con la estructura del orden cósmico impersonal, y es una deidad sin propiedades éticas,
pues lo bueno y lo malo sólo se refieren a los deseos humanos. Es pues un Dios no
providente que no interviene en el mundo. Se trata de un sistema inexorablemente
determinista en el que el objeto último de la religión sólo puede ser la armonía del
universo. O sea que el Dios de Einstein, como el de Spinoza, no es personal.
Esta opinión, tan contraria a la tradición cristiana, causó escándalo en algunos medios
religiosos conservadores y fue interpretada por algunos ateos como una defensa de su
punto de vista. A Einstein, sin embargo, siempre le molestó ser considerado como ateo,
refiriéndose a quienes así lo hacían para aprovecharse de su autoridad con expresiones
duras, como "esos ateos fanáticos cuya intolerancia es análoga a la de los fanáticos
religiosos y tiene el mismo origen. [...] Son criaturas que no pueden soportar la música
de las esferas"5.
Einstein desarrolló sus ideas en un famoso artículo en New York Times Magazine.
Según él hay tres estadios de la experiencia religiosa. Primero la religión del miedo (al
hambre, la enfermedad, los animales, la muerte), propia de los hombres primitivos. La
segunda es la religión moral o social caracterizada por el deseo de guía, amor y apoyo y
la creencia en un Dios que premia y castiga y que ofrece vida tras la muerte. Estas dos
fases corresponden en el cristianismo al Antiguo y el Nuevo Testamento. Tras ellas
viene, en tercer lugar, lo que él llama el sentimiento cósmico religioso, por el que el
hombre percibe con asombro el sublime y maravilloso orden y armonía de la naturaleza
que la ciencia moderna ayuda a comprender, al tiempo que siente la inutilidad y la
pequeñez de los deseos humanos. Se trata, dice, de algo difícil de explicar a quien no lo
tiene porque no se corresponde con ninguna idea antropocéntrica.
Max Planck: "Debes tener fe"
"...Sin fe es imposible agradar a Dios.
porque es necesario que el que se acerca a Dios
crea que El existe y recompensa a los que le buscan."
(Hebreos 11:6)
Max Planck (1858 – 1947) fue un famoso físico alemán que hizo muchísimas
aportaciones a la física y desarrolló la teoría cuántica, la cuál, le hizo ganar el
Premio Nobel de la Física en 1918.
Por sus aportaciones, Planck es reconocido por los científicos como "padre de
la física cuántica" y su teoría se considera una de las más importantes del siglo XX,
ya que revolucionó la forma de entender el átomo y los procesos subatómicos en la
física cuántica.
Aunque este campo se complementa con el efecto fotoeléctrico de Einstein, el
"efecto Compton" de Arthur H. Compton y el concepto ondulatorio de Erwin
Schrödinger, Planck destacó también como fundador de la mecánica cuántica y dejó
un legado de apreciadas investigaciones en el estudio la radiación electromagnética
y la relación entre materia y radiación; contribuyendo también al progreso de la
Teoría de la relatividad (formulada por Albert Einstein), introduciendo el concepto
de cuerpo negro, acuñando el término de "cuanto" (en la Física), y formulando una
constante o ecuación que implicaba que la energía es discontinua y depende de la
frecuencia de la radiación.
En relación a su vida académica, estudió en la Universidad de Munich en
su natal Alemania y se graduó en 1879 a la edad de 21 años. También hizo un
Doctorado después de haber escrito una tesis sobre la Ley de la termodinámica, y, de
en adelante, se dedicó a laborar como profesor de física en las Universidades de
Munich, Kiely, Berlín.
Nernst, Einstein, Max Planck, Millikan, y Laue en 1931
Actualmente, es común que se vea a la física en macroáreas de estudio que se
complementan: la física clásica, en la que estudian los fenómenos naturales
observables y la cual se basa en la Leyes de Isaac Newton, y la física moderna que,
enfocada en procesos fotoeléctricos imperceptibles al ojo humano, se origina en la
teoría
de
Max
Planck.
Para Werner Heisenberg “Max Planck fue el último gran representante de la época
clásica de la física y al mismo tiempo fue el que comenzó todo lo nuevo” en este
campo científico.
Su fe en Dios
Ante la pregunta de un observador: "¿Piensa usted que la conciencia puede ser
explicada en términos de materia?" Max Planck respondió:
"No. Considero a la conciencia como algo fundamental. Considero a la materia
como un derivado de la conciencia. No podemos ir más allá de la conciencia.
Todo lo que hablamos, todo lo que consideramos existente, postula la
conciencia" [Planck, citado en Purucker (1940), Cap. 13].
Planck dejó bien claro que, en su perspectiva, la difusión del ateísmo acarrearía una
destrucción social. declarando:
"No es de extrañarse que el movimiento de los ateos, que declara que la religión
es sólo una ilusión deliberada, inventada por los sacerdotes en búsqueda de
poder, y que para la piadosa creencia en un Poder superior no tiene nada más
que palabras de burla, entusiastamente hace uso del conocimiento científico
progresista y en una supuesta unidad con él, se expande a un ritmo cada vez
más rápido de su acción desintegradora en todas las naciones de la tierra, y en
todos los niveles sociales.
No necesito explicar con más detalle que con su victoria se desvanecerían no
sólo todos los tesoros más preciados de nuestra cultura sino — lo que es aún
peor — también las perspectivas de un futuro mejor" [Max Planck, Religion und
Naturwissenschaft, Leipzig: Johann Ambrosius Barth Verlag, 1958]
En una de sus famosas conferencias titulada "Religión y Ciencia," en mayo de 1937,
Max Planck habló de la compatibilidad entre ambas áreas de la vida humana. Al igual
que Einstein, habló de los límites de la ciencia respecto a la moral; al igual que
Millikan, aseguró que un conflicto real entre ambos campos es verdaderamente
imposible; al igual que Bacon, reconoció a Dios como un objetivo de la ciencia y al
igual que Newton, refirió la creencia en Dios como una necesidad, recalcando el
papel de la religión, y su compatibilidad con la ciencia:
"Habiendo aprendido a conocer las demandas que, la religión por un lado, y la
ciencia por el otro, presentan para los problemas de una concepción del mundo
generalizada, vamos a examinar si, y en qué medida, éstas distintas demandas
pueden
ser
mutuamente
reconciliadas
entre
sí.
En primer lugar, es evidente que esta examinación puede extenderse
únicamente hasta donde las disposiciones de la religión y las ciencias entren en
conflicto entre sí. De este modo, todos los problemas de la ética quedan fuera
del campo de las ciencias, mientras que las dimensiones de las constantes
universales quedan sin relevancia en la religión.
Por un lado, la religión y las ciencias tienen un punto de encuentro en la
cuestión relativa a la existencia y naturaleza de un poder supremo que gobierna
el mundo, y aquí, las respuestas dadas por ambas, son, hasta cierto punto, al
menos comparables. Como hemos visto, de ninguna manera son mutuamente
contradictorias, sino que están de acuerdo, en primer lugar, en el hecho de que
existe un orden universal racional independiente del hombre, y en segundo
lugar, en la visión de que el carácter de este orden universal nunca se podrá
saber directamente, sino que sólo se podrá reconocer o inferir indirectamente.
En ésta cuestión, la religión emplea sus propios símbolos característicos,
mientras que la ciencia natural utiliza mediciones basadas en experiencias
sensoriales. Por lo tanto, nada se interpone en nuestro camino (y nuestro
instintivo esfuerzo intelectual lo exige para una imagen unificada del mundo) al
identificar entre una y otra, las dos fuerzas que siempre están activas, aún
siendo un tanto misteriosas: el orden universal de las ciencias y el Dios de la
religión. En consecuencia, la divinidad a la que la persona religiosa busca
acercarse por medio de sus símbolos palpables, es consustancial con el poder
que actúa conforme a las leyes naturales para las que los datos sensitivos de los
científicos proporcionan un cierto grado de evidencia.
Sin embargo, a pesar de esta unanimidad, también debe señalarse una distinción
fundamental. Para la persona religiosa, Dios viene directa e inmediatamente. Él
y Su Voluntad omnipotente son el manantial de toda la vida y de todos los
acontecimientos, tanto en el mundo material como en el mundo espiritual.
Aunque Él no pueda ser entendido por la razón humana, los símbolos religiosos
le dan una visión directa de Él, y Él planta su mensaje sagrado en las almas de
aquellos que fielmente se encomiendan a Él. En contraste a esto, el investigador
de las ciencias no reconoce inmediatamente nada, salvo el contenido de sus
experiencias sensoriales y de las mediciones basadas en éstas. Comienza a
partir de este punto, en un camino de investigación inductiva, para aproximarse
lo mejor que pueda al fin supremo y eternamente inalcanzable de su búsqueda:
Dios y Su orden universal. Por tanto, tanto la religión como las ciencias
requieren una creencia en Dios para realizar sus actividades; en la primera, Él
es el punto de partida; en la segunda, Él es el objetivo de todo proceso de
pensamiento. En la primera, Él representa la fundación, en la segunda – la
corona de cualquier razonamiento sobre la visión del mundo.
Esta diferencia corresponde a los diferentes roles de la religión y de la ciencia
en la vida humana. La ciencia quiere que el hombre aprenda, la religión quiere
que actúe. La única base sólida para el aprendizaje es la suministrada por la
percepción empírica; la asunción de un orden universal funciona aquí meramente
como una condición esencial para la formulación de preguntas fructíferas. Pero
éste no es el camino a seguirse cuando se trata de la acción, porque la decisión
volitiva del hombre no puede esperar hasta que la cognición se haya
completado, y a menudo necesita hacerla imperativa para tomar decisiones o
traducir nuestras actitudes mentales a acción inmediata.
La reflexión larga y tediosa no puede permitirnos moldear nuestras decisiones y
actitudes apropiadamente. Esta instrucción definida y clara solamente la
podemos obtener por medio de un enlace directo e interno con Dios. Esta sola
instrucción es la única capaz de darnos la firmeza interior y la paz mental
duradera que debe ser considerada como la más alta bendición en la vida. Y si
atribuimos a Dios, además de Su omnipotencia y omnisciencia, también las
cualidades de bondad y de amor, recurrir a Él produce una mayor sensación de
seguridad y de felicidad en el ser humano sediento de consuelo. Contra esta
concepción ni aun la más mínima objeción puede plantearse desde el campo de
las ciencias, porque como lo indicamos anteriormente, las cuestiones de ética se
encuentran totalmente fuera de su dominio.
No importa dónde y que tan lejos veamos, en ningún lugar encontramos una
contradicción entre la religión y la ciencia. Por el contrario, nos encontramos
con una completa concordancia en los mismos aspectos de importancia decisiva.
La religión y la ciencia no se excluyen entre sí, como muchos contemporáneos
nuestros creerían o temerían. Se complementan mutuamente y se condicionan la
una a la otra.
La prueba más inmediata sobre la compatibilidad entre la religión y la ciencia,
incluso bajo el escrutinio crítico más meticuloso, es el hecho histórico de que los
mismísimos científicos más grandes de todos los tiempos — hombres como
Kepler, Newton, Leibniz — estaban permeados por actitud religiosa de lo más
profunda. En los albores de nuestra era civilizada, los practicantes de las
ciencias eran al mismo tiempo los guardianes de la religión.
La más antigua de todas las ciencias aplicadas, la medicina, estaba en manos de
los sacerdotes, y en la Edad Media la investigación científica todavía se llevaba
a cabo principalmente en los monasterios. Más tarde, conforme la civilización
continuó progresando y diversificando sus labores, la separación de los caminos
se hizo cada vez más pronunciada, correspondiendo a la distinta naturaleza de
las tareas y actividades de la religión y de las ciencias.
Porque la actitud correcta ante cuestiones éticas no se puede adquirir partiendo
de un conocimiento meramente racional, como tampoco una visión del mundo
podrá jamás reemplazar conocimientos y destrezas específicas. Mas los dos
caminos no se desvían, sino que van paralelos uno junto al otro, y
se interceptan en un perpetuo objetivo común. No hay mejor manera
de comprender esto propiamente mas que continuar esforzándose para obtener
una comprensión cada vez más profunda de la naturaleza y las dificultades de la
ciencia, por un lado, y de la fe religiosa por el otro. Entonces aparecerá con
cada vez con mayor claridad que, aunque los métodos son diferentes — puesto
que la ciencia opera principalmente con el intelecto, y la religión
predominantemente con el sentimiento — el significado del trabajo y la
dirección del progreso son, sin embargo, absolutamente idénticos.
La religión y la ciencia están luchando una batalla conjuntas en una cruzada
incesante e ininterrumpida en contra del escepticismo y en contra del
dogmatismo, en contra de la incredulidad y en contra de la superstición, y el
grito de guerra en esta cruzada siempre ha sido y siempre será: "¡Sea por
Dios!"
[Max Planck, Religion und Naturwissenschaft, Leipzig: Johann Ambrosius Barth Verlag, 1958,
p. 27). Religion and Natural Science (Conferenia dada en 1937) Max Planck: Scientific
Autobiography and Other Papers, trans. F. Gaynor (New York, 1949), pp. 184] [También
citado en Heilbron (1986), p. 185].
Para Max Planck, Dios era el único camino para encontrar seguridad ante la
certidumbre e incertidumbre de la vida, lo cuál, según él mismo, sólo se podía lograr
confiando plenamente en su voluntad y poderío:
"La religión representa un vínculo del hombre con Dios. Consiste en una humildad
reverente ante un Poder sobrenatural al cuál la vida humana está subordinada y
que tiene en su poder nuestro bienestar y nuestra miseria.
Permanecer en contacto permanente con este Poder y mantenerlo todo el tiempo
inclinado hacia uno mismo, es el esfuerzo interminable y la meta más alta del
hombre creyente, porque solamente de esa manera uno puede sentirse seguro
ante los peligros esperados e inesperados, que amenazan la vida de uno, y que
pueden tomar parte en la felicidad más alta - la paz psíquica interior - que sólo
puede ser alcanzada por medio de la fuerte unión con Dios y confianza
incondicional a Su Omnipotencia y voluntad de ayudar." [Planck, Religion und
Naturwissenschaft (1958), p. 9]
En otra ocasión, el alemán expresó su rechazo al cientifismo:
"La ciencia no puede resolver el misterio definitivo de la naturaleza, y eso es
porque, en el último análisis, nosotros mismos somos partes de la naturaleza y
por lo tanto parte del misterio que estamos tratando de resolver" [Planck, Where
is Science Going? (1932)].
Planck reconoció la soberanía de Dios:
"El valor de la religión supera al individuo. No sólo cada hombre tiene su propia
religión, sino que la religión requiere su validez por una comunidad, por una
nación, raza, y por toda la humanidad. Puesto que Dios reina por igual en todos
los países del mundo, todo el mundo con todos sus tesoros y horrores es
sometido ante Él." [Planck, Religion und Naturwissenschaft, Leipzig: Johann Ambrosius
Barth Verlag, 1958, p. 9]
Expresó lo que le parecían los verdaderos fundamentos de una religión verdadera:
"Que Dios existía antes de que hubiera seres humanos en la Tierra, que Él
sostiene al mundo entero, a creyentes y no creyentes, en Su mano Omnipotente
para la eternidad, y que Él permanecerá entronizado en un nivel inaccesible
para la comprensión humana poco después de la Tierra y todo lo que hay en ella
se haya hecho ruinas;
Aquellos que profesan esta fe y que, inspirada por ella, en veneración y
confianza plena, se sienten a salvo de los peligros de la vida bajo la protección
del Todopoderoso, sólo ellos pueden contarse a sí mismos entre los
verdaderamente religiosos." [Planck, citado en Staguhn 1992, p. 152].
En su libro más importante "¿A dónde va la ciencia?" (1932) , Planck reiteró la
armonía entre ciencia y religión:
"Nunca podrá haber ninguna oposición verdadera entre la religión y la ciencia,
porque la una complementa a la otra. Toda persona seria y reflexiva se da
cuenta, pienso yo, de que el elemento religioso en su naturaleza debe ser
reconocido y cultivado si todas las fuerzas del alma humana han de actuar en
conjunto en un equilibrio perfecto y armonioso. Y, verdaderamente, no es
casualidad que los grandes pensadores de todas las épocas fueron almas
profundamente religiosas." [Planck, 1977, p. 168]
Para Planck, al igual que para Charles Townes, tanto el camino de la ciencia como el
de la religión requería de una fe común:
"Cualquiera que ha estado seriamente ocupado en el trabajo científico de
cualquier tipo, se da cuenta de que encima de la entrada de las puertas del
templo de la ciencia están escritas estas palabras: «Debes tener fe». Es una
cualidad de la cual el científico no puede prescindir" [Planck, Where is Science
Going? 1932].
Coincidiendo tanto con James Clerk Maxwell como con John Locke en su tratado
acerca de nuestro conocimiento de la existencia de Dios, Max Planck rechazaba la
idea de que el origen de la materia fuese en términos evolucionistas y desechaba
tajantemente el materialismo, abogando más bien por la afirmación en que el origen
de todo el universo ha sido llevado a cabo por medio del Diseñador Inteligente:
"Como físico, es decir, como un hombre que ha dedicado su vida entera
a una ciencia totalmente prosáica - la exploración de la materia - seguro que
nadie sospecharía que soy un visionario. Y así, después de haber estudiado el
átomo, ¡les aseguro que no existe la materia como tal!
Toda la materia surge y persiste debido solamente a una fuerza que causa que
las partículas atómicas vibren, manteniéndolas juntas en el más diminuto de los
sistemas solares: el átomo. Y aun así, en todo el universo no hay fuerza
material que sea inteligente o eterna, y por lo tanto debemos asumir que detrás
de esta fuerza existe una consciencia, una Mente inteligente o Espíritu; este es
el origen de toda la materia.
No la visible, sino la materia transitoria, es la real, la verdadera, la realidad;
ya que la materia ni siquiera existiría sin el espíritu, pero lo invisible, el
espíritu inmortal ¡es realidad!. Dado que, sin embargo, el espíritu por sí mismo
no podría existir, porque todo espíritu pertenece a un ser, tenemos que aceptar
convincentemente que somos seres espirituales.
Dado que, sin embargo, los seres espirituales no pueden existir por sí mismos
tampoco, sino que tienen que ser creados, no me apena nombrar a este Creador
misterioso al igual que todas esas personas culturales de la Tierra que lo han
estado haciendo durante los últimos milenios: ¡Dios!
Con esto, el físico que se ha ocupado de la materia se mueve desde el ámbito
material hasta el reino espiritual; y con ello, nuestra tarea ha llegado a su fin, y
debemos dejar nuestra investigación en manos de la filosofía".
["Das Wesen der Materie" [La naturaleza de la materia], discurso en Florencia, Italia (1944)
(tomado de Archiv zur Geschichte der Max -Planck-Gesellschaft, Abt. Va, Rep. 11 Planck, N º.
1797. Citado también en Eggenstein, 1984, Parte I, véase "Materialistic Science on the Wrong
Track" ('La ciencia materialista en el rumbo equivocado'].
Durante la Segunda Guerra Mundial, en Alemania, se intentó un golpe de Estado
conocido como el "Complot del 20 de julio," el cuál tenía como finalidad derrocar el
régimen de Adolfo Hitler. Debido a su participación, Erwin Planck, el hijo de Max, fue
ejecutado por los nazis en febrero de 1945. Al respecto, Planck escribió una carta a
su amigo Anton Kippenberg, el 14 de marzo de 1945, en la que escribía al respecto:
"Si en algún lugar hay consuelo, es en el Eterno, y considero que es una
gracia del cielo que la creencia en el Eterno haya estado arraigada
profundamente en mí desde la infancia.
Que Dios te proteja y te fortalezca por todo lo que aún pueda pasar antes de
que esta locura en la que nos vemos forzados a vivir llegue a su fin" [Planck,
citado en Heilbron, 1986, pp. 195-196].
Max Planck, al igual que Carl Friedrich Gauss, atesoró la creencia en la vida después
de la muerte, declarando que hay "otro mundo, exaltado por encima de este,
donde podemos tener y tener un refugio en cualquier momento" [Planck, citado en
Heilbron
1986,
197.]
Finalmente, Planck también manifestó su admiración por Jesucristo, pues, aunque él
era respetuoso de la gente en todas las religiones, vio al cristianismo de forma
favorable (Strickland, 2001:28) y habló de la eternidad de las enseñanzas de Cristo,
diciendo:
"Los teólogos clarividentes están trabajando ahora para extraer el metal eterno
de las enseñanzas de Jesús y para forjarlo por todos los siglos."
Constante de Planck
La constante de Planck es una de las constantes fundamentales de la física propuesta
por Max Planck en 1900 para explicar la radiación de un cuerpo negro. La energía
irradiada no puede tomar cualquier tipo de valores sino únicamente valores múltiples
enteros de un quantum de energía. La constante de Planck vincula el valor de la
energía a la frecuencia de la radiación: E=hf. Los trabajos de Planck marcaron el
inicio de la física cuántica: la luz (y toda forma de radiación) es emitida, transmitida o
absorbida por cantidades discretas de energía, los “quanta” de energía.
Temas relacionados
Mecánica cuántica, constante de Boltzmann, tiempo de Planck
¿Qué es la constante de Planck?
Es una constante de la física cuántica que permite determinar la cantidad de
energía correspondiente a un quantum cuando se utiliza para multiplicar la
frecuencia de una radiación. Debe su nombre al físico alemán Max Planck, nacido en
1858.
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Historia de la constante de Planck
Para qué sirve la constante de Planck
Valor
Fórmula de la constante de Planck
Importancia
Historia de la constante de Planck
Se podría decir que Max Planck descubre la constante que lleva su apellido en el año
1900 de manera forzada, ya que en esta época, se creía que los intercambios de energía
entre la materia y la radiación se efectuaban de forma continua, mientras que los
experimentos probaban lo contrario.
La tarde del 7 de octubre de 1900, Max Planck y su colega Heinrich Rubens, discuten
sobre las medidas de este último en torno a la radiación de un cuerpo negro (un cuerpo
negro absorbe perfectamente todas las radiaciones electromagnéticas), uno de los
problemas más espinosos de la época. Esa misma noche, Planck encuentra de forma
empírica, la ley que describe el comportamiento de un cuerpo negro, observado por
Rubens.
Dos semanas más tarde, Planck y Rubens presentan sus trabajos en la Universidad de
Berlín. Luego, el 14 de diciembre de ese año, en la Sociedad alemana de física, Planck
expone la hipótesis que lo condujo a esta ley: la cuantificación de la energía. Allí
explica que la radiación emitida por un cuerpo negro se comporta como si este estuviera
constituido por “paquetes” de energías cuyo valor sería ε = hν, donde ve es la frecuencia
de la radiación y h es la constante conocida hoy con el nombre de constante de Planck.
Es así como Planck resuelve el problema del cuerpo negro, planteado por el físico
Gustave Kirchhoff en 1859, quien había estudiado el comportamiento de los cuerpos
en equilibrio térmico con la radiación que los rodea.
Finalmente, cabe destacar que en 1918, el físico alemán recibe un premio Nobel por
sus descubrimientos decisivos que abrieron el camino a la mecánica cuántica. En efecto,
la constante de Planck que asocia la energía de una partícula a su longitud de onda
constituye la magnitud fundamental de la mecánica cuántica.
Para qué sirve la constante de Planck
La constante de Planck es utilizada para describir los fenómenos de cuantificación
que se producen con las partículas y de las cuales, ciertas propiedades físicas toman
únicamente valores múltiples de valores fijos en lugar de un conjunto continuo de
valores posibles. Por ejemplo, la energía de una partícula es asociada a su frecuencia
por:
Estas condiciones de cuantificación se encuentran en toda la mecánica cuántica.
Valor
El físico Max Planck hizo una gran contribución a la teoría cuántica al descubrir el valor
de una constante que llevaría su nombre y que expresaría el umbral mínimo de energía
que se puede medir en una partícula.
El valor de esta constante es: h = 6,63 . 10 -34 julios por segundo.
Fórmula de la constante de Planck
La fórmula elaborada por Max Planck es: E=h·f, en la cual:
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E= energía de la frecuencia;
h= constante de Planck;
f= frecuencia de la onda.
Más adelante, el físico le da el nombre de “quantum” a dichas cantidades.
Importancia
La constante de Planck introduce la discontinuidad en la descripción de los
fenómenos elementales, lo cual constituye la base de la física cuántica.
Es así como la importancia del descubrimiento de Planck no consiste en una operación
formal o en su habilidad matemática. En realidad, la transcendencia de su propuesta
reside sobretodo en la interpretación revolucionaria del sentido físico de la
constante h. Desde el principio, Planck le atribuyó a la constante el nombre de “cuanto
elemental de acción” debido a que ésta posee las dimensiones de una acción (energía
multiplicada por un tiempo) y a que la misma interviene únicamente por múltiples
enteros. Así, Planck introdujo la idea de una composición granular cuando todos los
físicos pensaban que la continuidad reinaba.
Para concluir, se puede apreciar que gracias a la fórmula de Planck se puede medir la
energía de una radiación, no solamente en una unidad de energía, sino también en
unidades de longitud y de frecuencia. Asimismo, al utilizar la ley del cuerpo negro, se
puede determinar la temperatura de un objeto cuya emisión está centrada en cierta
frecuencia.
Los cuantos de Planck
Por joseangel.perez el 03 de Mayo del 2017 a las 12:00 am
Superciencia. Número 96
La mecánica cuántica describe la naturaleza como algo absurdo al sentido común.
Pero concuerda plenamente con los resultados experimentales. Por lo tanto espero que
ustedes puedan aceptar a la naturaleza tal y como es: absurda.
Richard Feynman
Fue el físico matemático alemán Max Planck quien introdujo un modelo matemático
para interpretar el mundo. Esto dio inicio a la física moderna.
La teoría atómica moderna propuesta por el físico químico británico John Dalton
establece que la materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos.
Tiempo después, a mediados del siglo XIX, el también británico James Clerk Maxwell,
autor de la teoría electromagnética propone que existe un éter aluminífero por el que
todas las ondas de radiación deben moverse, este éter es continuo, lo mismo que las
ondas de energía que se mueven por él y, tanto el éter como las ondas no están formados
por partículas discretas como la materia.
Sin embargo, los experimentos realizados por Albert Abraham Michelson y
Edward Morley demostraron la inexistencia del éter, generando las condiciones
conceptuales para que Max Planck estableciera en 1900 el nacimiento de una nueva era
en la física, en la que la energía, lo mismo que la materia, está formada por unidades
indivisibles. A esta unidades de energía las llamó cuantos.
El experimento de Michelson y Morley demostró además, la constancia de la velocidad
de la luz sea cual fuere su sistema inercial desde la cual se le midiera, estableciendo que
es la misma velocidad si se le mide desde tierra firme o desde la plataforma de un vagón
en movimiento.
Max Planck mostró que la energía no es continua como lo establecía Maxwell, sino que
se emite en paquetes llamados cuantos, es decir, la luz no es un todo continuo ya que se
transmite por pequeños paquetes, cuya energía depende de la frecuencia (color) y de una
constante (llamada posteriormente constante de Planck).
La constante de Planck es muy pequeña (6.6 ×10 -34 Joules.seg) es por eso que los
paquetes de energía o cuantos también son muy pequeños.
Por último, permítaseme escribir la fórmula de Planck que nos dice cuánta energía
posee un cuanto. Esta fórmula es
, donde es la energía en Joules, es la
constante de Planck y es la frecuencia.
La ecuación de Planck significó el “inicio” de la mecánica cuántica, pues unificó
matemáticamente dos conceptos hasta entonces separados, el de partícula y el de onda.
Más tarde Alberto Einstein aplicaría el postulado de Planck para explicar el efecto
fotoeléctrico.
Ecuación de Planck
En el año 1900 el alemán Max Karl Ernst Ludwig Planck publicó la solución a un
problema que había desesperado a los físicos durante décadas, conocido como radiación
del cuerpo negro. El problema fue resuelto por Planck suponiendo que la energía no se
emite en forma continua, es decir, un cuerpo caliente no puede emitir energía en forma
de radiación electromagnética de cualquier longitud de onda, sino que dicha energía se
emite en forma de paquetes (que Planck bautizó como cuantos) de longitudes de onda
determinadas.
Planck supuso que cuanto mayor era la energía emitida más pequeña era la longitud de
onda de la radiación, y llegó a una ecuación que relacionaba la frecuencia de dicha
radiación con la energía a través de una constante que recibe el nombre de constante de
Planck, representada por la letra h y cuyo valor es de 6, 626176 10-34 julios/segundo.
E=hn
Esta ecuación es básica para la formulación de la teoría cuántica, y de hecho toda la
física posterior a su formulación es llamada física moderna.
Max Planck y la teoría cuántica
Max Karl Ernst Ludwig Planck nació el 23 abril de 1858, en Kiel, Schleswig-Holstein,
Alemania. Fue premiado con el Nobel y considerado el creador de la teoría cuántica.
Albert Einstein dijo sobre Max Planck: "Era un hombre a quien le fue dado aportar al
mundo una gran idea creadora". De esa idea creadora nació la física moderna.
Planck estudió en las universidades de Munich y Berlín. Fue nombrado profesor de
física en la Universidad de Kiel en 1885, y desde 1889 hasta 1928 ocupó el mismo
cargo en la Universidad de Berlín.
En 1900 Planck formuló que la energía se radia en unidades pequeñas separadas que
llamamos cuantos. De ahí surge el nombre teoría cuántica.
Avanzando en el desarrollo de esta teoría, descubrió una constante de naturaleza
universal que se conoce como la constante de Planck. La ley de Planck establece que la
energía de cada cuanto es igual a la frecuencia de la radiación multiplicada por la
constante universal. Sus descubrimientos, sin embargo, no invalidaron la teoría de que
la radiación se propagaba por ondas. Los físicos en la actualidad creen que la radiación
electromagnética combina las propiedades de las ondas y de las partículas.
Los descubrimientos de Planck, que fueron verificados posteriormente por otros
científicos, fueron el nacimiento de un campo totalmente nuevo de la física, conocido
como mecánica cuántica y proporcionaron los cimientos para la investigación en
campos como el de la energía atómica. Reconoció en 1905 la importancia de las ideas
sobre la cuantificación de la radiación electromagnética expuestas por Albert Einstein,
con quien colaboró a lo largo de su carrera.
El propio Planck nunca avanzó una interpretación significativa de sus quantums. En
1905 Einstein, basándose en el trabajo de Planck, publicó su teoría sobre el fenómeno
conocido como efecto fotoeléctrico. Dados los cálculos de Planck, Einstein demostró
que las partículas cargadas absorbían y emitían energías en cuantos finitos que eran
proporcionales a la frecuencia de la luz o radiación. En 1930, los principios cuánticos
formarían los fundamentos de la nueva física.
Planck recibió muchos premios, especialmente, el Premio Nobel de Física, en 1918. En
1930 Planck fue elegido presidente de la Sociedad Kaiser Guillermo para el Progreso de
la Ciencia, la principal asociación de científicos alemanes, que después se llamó
Sociedad Max Planck. Sus críticas abiertas al régimen nazi que había llegado al poder
en Alemania en 1933 le forzaron a abandonar la Sociedad, de la que volvió a ser su
presidente al acabar la II Guerra Mundial. La oposición de Max Planck al régimen nazi,
lo enfrentó con Hitler. En varias ocasiones intercedió por sus colegas judíos ante el
régimen nazi.
Max Planck sufrió muchas tragedias personales después de la edad de 50 años. En 1909,
su primera esposa murió después de 22 años de matrimonio, dejando dos hijos y dos
hijas gemelas. Su hijo mayor murió en el frente de combate en la Primera Guerra
Mundial en 1916; sus dos hijas murieron de parto. Durante la Segunda Guerra Mundial,
su casa en Berlín fue destruida totalmente por las bombas en 1944 y su hijo más joven,
Erwin, fue implicado en la tentativa contra la vida de Hitler que se efectuó el 20 de julio
de 1944 y murió de forma horrible en manos de la Gestapo en 1945.
Todo este cúmulo de adversidades, aseguraba su discípulo Max von Laue, las soportó
sin una queja. Al finalizar la guerra, Planck, su segunda esposa y el hijo de ésta, se
trasladaron a Göttingen donde él murió a los 90 años, el 4 de octubre de 1947.
Max Planck hizo descubrimientos brillantes en la física que revolucionaron la manera
de pensar sobre los procesos atómicos y subatómicos. Su trabajo teórico fue respetado
extensamente por sus colegas científicos. Entre sus obras más importantes se encuentran
Introducción a la física teórica (5 volúmenes, 1932-1933) y Filosofía de la física (1936).
Max Planck: padre de la física cuántica
Hace 150 años nació el científico alemán Max Planck, cuya teoría cuántica
revolucionaría la física. Su nombre, que lleva una red de institutos de investigación, es
símbolo de la independencia de la ciencia.
Max Planck descubrió principios que trascenderán el siglo XXI.
Inventos como el horno de microondas o los microprocesadores de las computadoras,
los transistores o los rayos láser serían impensables sin sus descubrimientos. Y aunque
inicialmente los resultados de sus investigaciones le provocaban a él mismo
desconfianza, pronto se hizo fama de ser el gran renovador de las ciencias naturales. En
el árbol genealógico de la familia Planck había muchos filólogos y teólogos y que el
joven Max Planck se haya decidido por la física se debió a la influencia de su profesor
de matemáticas, Hermann Müller.
Nació un 23 de abril de 1858 en Kiel, donde su padre era profesor de leyes de la
Universidad. En 1867 su cátedra fue trasladada a la Universidad de Múnich adonde se
mudó la familia. El joven Planck no sólo era talentoso en las ciencias naturales sino
también poseía una gran habilidad para la música. Pero en vez de música Planck decidió
estudiar física, pese a que su profesor Philipp von Jolly, intentó disuadirlo
argumentando que en la física “ya se había investigado todo, sólo quedaban algunas
lagunas que cubrir”. Una postura compartida por otros científicos de la época.
El tema de moda: la luz
La industria eléctrica necesitaba estándares uniformes para bombillas eléctricas.
En 1885 Planck asumió su primera cátedra en física en Kiel y dos años después obtuvo
una segunda en Berlín. Enseñaba entonces física teórica lo que no tenía ni renombre ni
era bien remunerada. Hacia fines del siglo XIX empezó a ocuparse del tema de moda: la
luz. Había un motivo muy práctico y era que la industria eléctrica, que experimentaba
un auge, necesitaba estándares uniformes para sus bombillas eléctricas y tubos
fluorescentes.
Pero lo que sucedió no estaba previsto para nada. Planck descubrió en sus experimentos
que la luz no se expande siempre como una onda continua como suponía la física de
entonces, sino que se comporta a veces como un conjunto de partículas, de “cuantos” de
luz. El mundo de la ciencia reaccionó con escepticismo y el mismo Planck dudaba de su
monstruosa hipótesis. Pero Albert Einstein, entonces un desconocido físico, se tomó en
serio la discontinuidad de la que Planck hablaba.
Las preguntas que surgieron de los postulados de Planck impactaron en casi todos los
ámbitos del conocimiento, incluyendo la filosofía. La constante de Planck, la relación
entre la cantidad de energía y la frecuencia de una partícula, que los físicos simbolizan
con la letra “h”, es una de las más importantes de la historia de la ciencia, a la par de la
velocidad de la luz, la “c” de la célebre fórmula de Einstein y la constante de la
gravedad, la “g” de Newton. En 1900 presentó su fórmula públicamente lo que abrió el
paso a la llamada física cuántica y le valiera en 1918 recibir el Nobel de Física. Albert
Einstein recibió el galardón en 1921.
Hitler en Weimar.
Lealtades dudosas
Planck fue un funcionario público que sirvió con lealtad a la monarquía del Káiser
Guillermo, a la República de Weimar, el régimen de Hitler, y la Alemania controlada
por los aliados. Tuvo importantes cargos, entre ellos el de presidente de la Sociedad del
Káiser Guillermo a partir de 1930. Intentó mantenerse apolítico pero cuando el físico
Albert Einstein fue obligado a abandonar la Academia de las Ciencias, Planck intentó
convencer a Hitler de que la emigración forzada de judíos afectaría a la ciencia alemana
y que los judíos podían ser buenos alemanes. Hitler perdió los estribos y corrió al
científico a gritos. Planck no se rebeló.
En su vida privada el científico vivió amargas experiencias. Siendo joven vio morir a su
primera esposa de tuberculosis y uno a uno perdió a sus cuatro hijos. Su hijo mayor
cayó en la Primera Guerra Mundial en 1916, sus hijas gemelas murieron ambas al dar a
luz y el más joven, Erwin Planck, fue acusado de participar en el atentado contra Hitler.
Pese a los esfuerzos del renombrado científico por conmutar la condena y salvar la vida
de su hijo, éste fue ejecutado en 1945.
Tras la Segunda Guerra Mundial, teniendo Max Planck 87 años, comenzó lo que sería
su último proyecto. Inició el fomento de la investigación científica en la renombrada
Sociedad Káiser Guillermo, convirtiéndose en su presidente honorario. Por presión de
los aliados ésta adoptaría en 1946 el nombre de Sociedad Max Planck. A esta
organización científica pertenecen hoy en día 80 institutos de investigación que
promueven la ciencia y transmiten a las jóvenes generaciones el legado de este singular
investigador que intentó mantener el honor en tiempos difíciles. Max Planck murió a los
89 años el 4 de octubre de 1947.
La Teoría Cuántica, una aproximación al
universo probable
La Teoría Cuántica es uno de los pilares fundamentales de la Física actual. Recoge un
conjunto de nuevas ideas introducidas a lo largo del primer tercio del siglo XX para dar
explicación a procesos cuya comprensión se hallaba en conflicto con las concepciones
físicas vigentes. Su marco de aplicación se limita, casi exclusivamente, a los niveles
atómico, subatómico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero también
lo es en otros ámbitos, como la electrónica, en la física de nuevos materiales, en la física
de altas energías, en el diseño de instrumentación médica, en la criptografía y la
computación cuánticas, y en la Cosmología teórica del Universo temprano. La Teoría
Cuántica es una teoría netamente probabilista: describe la probabilidad de que un suceso
dado acontezca en un momento determinado, sin especificar cuándo ocurrirá. A
diferencia de lo que ocurre en la Física Clásica, en la Teoría Cuántica la probabilidad
posee un valor objetivo esencial, y no se halla supeditada al estado de conocimiento del
sujeto, sino que, en cierto modo, lo determina. Por Mario Toboso.
La Teoría Cuántica es uno de los pilares fundamentales de la Física actual. Se trata de
una teoría que reúne un formalismo matemático y conceptual, y recoge un conjunto de
nuevas ideas introducidas a lo largo del primer tercio del siglo XX, para dar explicación
a procesos cuya comprensión se hallaba en conflicto con las concepciones físicas
vigentes.
Las ideas que sustentan la Teoría Cuántica surgieron, pues, como alternativa al tratar de
explicar el comportamiento de sistemas en los que el aparato conceptual de la Física
Clásica se mostraba insuficiente. Es decir, una serie de observaciones empíricas cuya
explicación no era abordable a través de los métodos existentes, propició la aparición de
las nuevas ideas.
Hay que destacar el fuerte enfrentamiento que surgió entre las ideas de la Física
Cuántica, y aquéllas válidas hasta entonces, digamos de la Física Clásica. Lo cual se
agudiza aún más si se tiene en cuenta el notable éxito experimental que éstas habían
mostrado a lo largo del siglo XIX, apoyándose básicamente en la mecánica de Newton y
la teoría electromagnética de Maxwell (1865).
“Dos nubecillas”
Era tal el grado de satisfacción de la comunidad científica que algunos físicos, entre
ellos uno de los más ilustres del siglo XIX, William Thompson (Lord Kelvin), llegó a
afirmar:
Hoy día la Física forma, esencialmente, un conjunto perfectamente armonioso, ¡un
conjunto prácticamente acabado! … Aun quedan “dos nubecillas” que oscurecen el
esplendor de este conjunto. La primera es el resultado negativo del experimento de
Michelson-Morley. La segunda, las profundas discrepancias entre la experiencia y la
Ley de Rayleigh-Jeans.
La disipación de la primera de esas “dos nubecillas” condujo a la creación de la Teoría
Especial de la Relatividad por Einstein (1905), es decir, al hundimiento de los conceptos
absolutos de espacio y tiempo, propios de la mecánica de Newton, y a la introducción
del “relativismo” en la descripción física de la realidad. La segunda “nubecilla”
descargó la tormenta de las primeras ideas cuánticas, debidas al físico alemán Max
Planck (1900).
El origen de la Teoría Cuántica
¿Qué pretendía explicar, de manera tan poco afortunada, la Ley de Rayleigh-Jeans
(1899)? Un fenómeno físico denominado radiación del cuerpo negro, es decir, 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.
Pero además de la Ley de Rayleigh-Jeans había otra ley, la Ley de Wien (1893), que
pretendía también explicar el mismo fenómeno.
La Ley de Wien daba una explicación experimental correcta si la frecuencia de la
radiación es alta, pero fallaba para frecuencias bajas. Por su parte, la Ley de RayleighJeans daba una explicación experimental correcta si la frecuencia de la radiación es
baja, pero fallaba para frecuencias altas.
La frecuencia es una de las características que definen la radiación, y en general
cualquier fenómeno en el que intervengan ondas. Puede interpretarse la frecuencia como
el número de oscilaciones por unidad de tiempo. Toda la gama de posibles frecuencias
para una radiación en la Naturaleza se hallan contenidas en el espectro
electromagnético, el cual, según el valor de la frecuencia elegida determina un tipo u
otro de radiación.
En 1900, Max Planck puso la primera piedra del edificio de la Teoría Cuántica. Postuló
una ley (la Ley de Planck) que explicaba de manera unificada la radiación del cuerpo
negro, a través de todo el espectro de frecuencias.
La hipótesis de Planck
¿Qué aportaba la ley de Planck que no se hallase ya implícito en las leyes de Wien y de
Rayleigh-Jeans? Un ingrediente tan importante como novedoso. Tanto que es el
responsable de la primera gran crisis provocada por la Teoría Cuántica sobre el marco
conceptual de la Física Clásica. Ésta suponía que el intercambio de energía entre la
radiación y la materia ocurría a través de un proceso continuo, es decir, una radiación de
frecuencia f podía ceder cualquier cantidad de energía al ser absorbida por la materia.
Lo que postuló Planck al introducir su ley es que la única manera de obtener una
fórmula experimentalmente correcta exigía la novedosa y atrevida suposición de que
dicho intercambio de energía debía suceder de una manera discontinua, es decir, a
través de la emisión y absorción de cantidades discretas de energía, que hoy
denominamos “quantums” de radiación. La cantidad de energía E propia de un quantum
de radiación de frecuencia f se obtiene mediante la relación de Planck: E = h x f, siendo
h la constante universal de Planck = 6’62 x 10 (expo-34) (unidades de “acción”).
Puede entenderse la relación de Planck diciendo que cualquier radiación de frecuencia f
se comporta como una corriente de partículas, los quantums, cada una de ellas
transportando una energía E = h x f, que pueden ser emitidas o absorbidas por la
materia.
La hipótesis de Planck otorga un carácter corpuscular, material, a un fenómeno
tradicionalmente ondulatorio, como la radiación. Pero lo que será más importante,
supone el paso de una concepción continuista de la Naturaleza a una discontinuista, que
se pone especialmente de manifiesto en el estudio de la estructura de los átomos, en los
que los electrones sólo pueden tener un conjunto discreto y discontinuo de valores de
energía.
La hipótesis de Planck quedó confirmada experimentalmente, no sólo en el proceso de
radiación del cuerpo negro, a raíz de cuya explicación surgió, sino también en las
explicaciones del efecto fotoeléctrico, debida a Einstein (1905), y del efecto Compton,
debida a Arthur Compton (1923).
Marco de aplicación de la Teoría Cuántica
El marco de aplicación de la Teoría Cuántica se limita, casi exclusivamente, a los
niveles atómico, subatómico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero
también lo es en otros ámbitos, como la electrónica (en el diseño de transistores,
microprocesadores y todo tipo de componentes electrónicos), en la física de nuevos
materiales, (semiconductores y superconductores), en la física de altas energías, en el
diseño de instrumentación médica (láseres, tomógrafos, etc.), en la criptografía y la
computación cuánticas, y en la Cosmología teórica del Universo temprano. De manera
que la Teoría Cuántica se extiende con éxito a contextos muy diferentes, lo que refuerza
su validez.
Pero, ¿por qué falla la teoría clásica en su intento de explicar los fenómenos del
micromundo? ¿No se trata al fin y al cabo de una simple diferencia de escalas entre lo
grande y lo pequeño, relativa al tamaño de los sistemas? La respuesta es negativa.
Pensemos que no siempre resulta posible modelar un mismo sistema a diferentes escalas
para estudiar sus propiedades.
Para ver que la variación de escalas es un proceso con ciertas limitaciones intrínsecas,
supongamos que queremos realizar estudios hidrodinámicos relativos al movimiento de
corrientes marinas. En determinadas condiciones, podríamos realizar un modelo a escala
lo suficientemente completo, que no dejase fuera factores esenciales del fenómeno. A
efectos prácticos una reducción de escala puede resultar lo suficientemente descriptiva.
Pero si reducimos la escala de manera reiterada pasaremos sucesivamente por
situaciones que se corresponderán en menor medida con el caso real. Hasta llegar
finalmente a la propia esencia de la materia sometida a estudio, la molécula de agua,
que obviamente no admite un tratamiento hidrodinámico, y habremos de acudir a otro
tipo de teoría, una teoría de tipo molecular. Es decir, en las sucesivas reducciones de
escala se han ido perdiendo efectos y procesos generados por el aglutinamiento de las
moléculas.
De manera similar, puede pensarse que una de las razones por las que la Física Clásica
no es aplicable a los fenómenos atómicos, es que hemos reducido la escala hasta llegar a
un ámbito de la realidad “demasiado esencial” y se hace necesario, al igual que en el
ejemplo anterior, un cambio de teoría. Y de hecho, así sucede: la Teoría Cuántica
estudia los aspectos últimos de la substancia, los constituyentes más esenciales de la
materia (las denominadas “partículas elementales”) y la propia naturaleza de la
radiación.
Cuándo entra en juego la Teoría Cuántica
Debemos asumir, pues, el carácter absoluto de la pequeñez de los sistemas a los que se
aplica la Teoría Cuántica. Es decir, la cualidad “pequeño” o “cuántico” deja de ser
relativa al tamaño del sistema, y adquiere un carácter absoluto. Y ¿qué nos indica si un
sistema debe ser considerado “pequeño”, y estudiado por medio de la Teoría Cuántica?
Hay una “regla”, un “patrón de medida” que se encarga de esto, pero no se trata de una
regla calibrada en unidades de longitud, sino en unidades de otra magnitud física
importante denominada “acción”.
La acción es una magnitud física, al igual que lo son la longitud, el tiempo, la velocidad,
la energía, la temperatura, la potencia, la corriente eléctrica, la fuerza, etc., aunque
menos conocida. Y al igual que la temperatura indica la cualidad de frío o caliente del
sistema, y la velocidad su cualidad de reposo o movimiento, la acción indica la cualidad
de pequeño (cuántico) o grande (clásico) del sistema. Como la energía, o una longitud,
todo sistema posee también una acción que lo caracteriza.
Esta acción característica, A, se obtiene de la siguiente multiplicación de magnitudes: A
= P x L, donde P representa la cantidad de movimiento característica del sistema (el
producto de su masa por su velocidad) y L su “longitud” característica. La unidad de esa
“regla” que mencionábamos, con la que medimos la acción de los sistemas, es la
constante de Planck, h. Si el valor de la acción característica del sistema es del orden de
la constante de Planck deberemos utilizar necesariamente la Teoría Cuántica a la hora
de estudiarlo.
Al contrario, si h es muy pequeña comparada con la acción típica del sistema podremos
estudiarlo a través de los métodos de la teoría clásica. Es decir: Si A es del orden de h
debemos estudiar el sistema según la Teoría Cuántica. Si A es mucho mayor que h,
podemos estudiarlo por medio de la Física Clásica.
Dos ejemplos: partículas y planetas
Veamos dos ejemplos de acción característica en dos sistemas diferentes, aunque
análogos:
1. El electrón orbitando en torno al núcleo en el nivel más bajo de energía del átomo de
hidrógeno.
Vamos a calcular el orden de magnitud del producto P x L. P representa el producto de
la masa del electrón por su velocidad orbital, esto es P = 10 (exp-31) (masa) x 10 (exp
6) (velocidad) = 10 (exp-25) (cantidad de movimiento). El valor característico de L
corresponde al radio de la órbita, esto es, L = 10 (expo-10) (longitud). Realizamos ahora
el producto P x L para hallar la magnitud de la “acción” característica asociada a este
proceso: A1 = Px L = 10 (expo-25) x 10 (expo-10) = 10 (expo-35) (acción).
2. El planeta Júpiter orbitando en torno al Sol (consideramos la órbita circular, para
simplificar).
Para este segundo ejemplo, realizamos cálculos análogos a los anteriores. Primeramente
la cantidad de movimiento P, multiplicando la masa de Júpiter por su velocidad orbital:
P = 10 (expo 26) (masa) x 10 (expo 4) (velocidad) = 10 (expo 30) (cantidad de
movimiento). Igualmente, la longitud característica será la distancia orbital media: L =
10 (expo 11) (longitud). La magnitud de la acción característica en este segundo caso
será: A2 = 10 (expo 30) x 10 (expo 11) = 10 (expo 41) (acción).
Si comparamos estos dos resultados con el orden de magnitud de la constante de Planck
tenemos:
h = 10 (expo-34)
A1 = 10 (expo -35)
A2 = 10 (expo 41)
Vemos que para el caso 1 (electrón orbitando en un átomo de hidrógeno) la proximidad
en los órdenes de magnitud sugiere un tratamiento cuántico del sistema, que debe
estimarse como “pequeño” en el sentido que indicábamos anteriormente, en términos de
la constante de Planck, considerada como “patrón” de medida. Al contrario, entre el
caso 2 (Júpiter en órbita en torno al Sol) y la constante de Planck hay una diferencia de
75 órdenes de magnitud, lo que indica que el sistema es manifiestamente “grande”,
medido en unidades de h, y no requiere un estudio basado en la Teoría Cuántica.
La constante de Planck tiene un valor muy, muy pequeño. Veámoslo explícitamente:
h = 0’ 000000000000000000000000000000000662 (unidades de acción)
El primer dígito diferente de cero aparece en la trigésimo cuarta cifra decimal. La
pequeñez extrema de h provoca que no resulte fácil descubrir los aspectos cuánticos de
la realidad, que permanecieron ocultos a la Física hasta el siglo XX. Allá donde no sea
necesaria la Teoría Cuántica, la teoría clásica ofrece descripciones suficientemente
exactas de los procesos, como en el caso del movimiento de los planetas, según
acabamos de ver.
Breve cronología de la Teoría Cuántica
1900. “Hipótesis cuántica de Planck” (Premio Nobel de Física, 1918). Carácter
corpuscular de la radiación.
1905. Einstein (Premio Nobel de Física, 1921) explica el “efecto fotoeléctrico”
aplicando la hipótesis de Planck.
1911. Experimentos de Rutherford, que establecen el modelo planetario átomo, con
núcleo (protones) y órbitas externas (electrones).
1913. Modelo atómico de Niels Bohr (Premio Nobel de Física, 1922). Tiene en cuenta
los resultados de Rutherford, pero añade además la hipótesis cuántica de Planck. Una
característica esencial del modelo de Bohr es que los electrones pueden ocupar sólo un
conjunto discontinuo de órbitas y niveles de energía.
1923. Arthrur Comptom (Premio Nobel de Física, 1927) presenta una nueva
verificación de la hipótesis de Planck, a través de la explicación del efecto que lleva su
nombre.
1924. Hipótesis de De Broglie (Premio Nobel de Física, 1929). Asocia a cada partícula
material una onda, de manera complementaria a cómo la hipótesis de Planck dota de
propiedades corpusculares a la radiación.
1925. Werner Heisenberg (Premio Nobel de Física, 1932) plantea un formalismo
matemático que permite calcular las magnitudes experimentales asociadas a los estados
cuánticos.
1926. Erwin Schrödinger (Premio Nobel de Física, 1933) plantea la ecuación
ondulatoria cuyas soluciones son las ondas postuladas teóricamente por De Broglie en
1924.
1927. V Congreso Solvay de Física, dedicado al tema “Electrones y fotones”. En él se
produce el debate entre Einstein y Bohr, como defensores de posturas antagónicas,
sobre los problemas interpretativos que plantea la Teoría Cuántica.
1928. Experimentos de difracción de partículas (electrones) que confirman la hipótesis
de de Broglie, referente a las propiedades ondulatorias asociadas a las partículas. El
fenómeno de difracción es propio de las ondas.
1932. Aparición del trabajo de fundamentación de la Teoría Cuántica elaborado por el
matemático Jon von Neumann.
Aspectos esencialmente novedosos de la Teoría Cuántica
Los aspectos esencialmente novedosos (no clásicos) que se derivan de la Teoría
Cuántica son:
a) Carácter corpuscular de la radiación (Hipótesis de Planck).
b) Aspecto ondulatorio de las partículas (Hipótesis de Broglie).
c) Existencia de magnitudes físicas cuyo espectro de valores es discontinuo. Por
ejemplo los niveles de energía del átomo de hidrógeno (Modelo atómico de Bohr).
Implicaciones de a): carácter corpuscular de la radiación.
Tradicionalmente se había venido considerando la radiación como un fenómeno
ondulatorio. Pero la hipótesis de Planck la considera como una corriente de partículas,
“quantums”. ¿Qué naturaleza tiene, entonces, la radiación: ondulatoria o corpuscular?
Las dos. Manifiesta un carácter marcadamente “dual”. Se trata de aspectos que dentro
del formalismo cuántico no se excluyen, y se integran en el concepto de “quantum”.
El quantum de radiación puede manifestar propiedades tanto corpusculares como
ondulatorias, según el valor de la frecuencia de la radiación. Para valores altos de la
frecuencia (en la región gamma del espectro) predomina el carácter corpuscular. En
tanto que para frecuencias bajas (en la región del espectro que describe las ondas de
radio) predomina el aspecto ondulatorio.
Implicaciones de b): carácter ondulatorio de las partículas.
Se comprobó en experimentos de difracción de electrones y neutrones. Lo que ponen de
manifiesto estos experimentos es que una clase de onda acompaña el movimiento de las
partículas como responsable del fenómeno de difracción. De manera que nuevamente
tenemos un ejemplo de dualidad entre las propiedades corpusculares y ondulatorias,
asociadas en este caso a las partículas.
Pero la aparición del fenómeno ondulatorio no se produce únicamente a nivel
microscópico, también se manifiesta para objetos macroscópicos, aunque en este caso la
onda asociada tiene una longitud de onda tan pequeña que en la práctica es inapreciable
y resulta imposible la realización de un experimento de difracción que la ponga de
manifiesto.
Implicaciones de c): existencia de magnitudes físicas discontinuas.
Pone de manifiesto el carácter intrínsecamente discontinuo de la Naturaleza, lo que se
evidencia, como ejemplo más notable, en el espectro de energía de los átomos. A partir
de la existencia de estas discontinuidades energéticas se explica la estabilidad de la
materia.
Un ejemplo concreto
Analicemos para el caso del átomo de hidrógeno, según el modelo de Bohr, cómo se
conjugan estos tres supuestos cuánticos anteriores, a), b) y c). El átomo de hidrógeno se
entiende como un sistema estable formado por un electrón y un protón. El electrón
puede hallarse en un conjunto infinito, pero discontinuo de niveles de energía [supuesto
c)].
Para pasar de un nivel a otro, el electrón debe absorber o emitir un quantum discreto de
radiación [supuesto a)] cuya energía sea igual a la diferencia de energía entre esos
niveles. Los niveles posibles de energía de los electrones se representan
matemáticamente por funciones ondulatorias [supuesto b)], denominadas “funciones de
estado”, que caracterizan el estado físico del electrón en el nivel de energía
correspondiente.
Para conocer el valor experimental de cualquier propiedad referente a la partícula debe
“preguntarse” a su función de estado asociada. Es decir, dicha función constituye un
tipo de representación del estado físico, tal que el estado del electrón en el n-ésimo nivel
de energía es descrito por la n-ésima función de estado.
La función de onda
La descripción más general del estado del electrón del átomo de hidrógeno viene dada
por la “superposición” de diferentes funciones de estado. Tal superposición es conocida
como “función de onda”. La superposición de estados posibles es típica de la Teoría
Cuántica, y no se presenta en las descripciones basadas en la Física Clásica.
En esta última, los estados posibles nunca se superponen, sino que se muestran
directamente como propiedades reales atribuibles al estado del sistema. Al contrario,
especificar el estado del sistema en la Teoría Cuántica implica tomar en consideración
la superposición de todos sus estados posibles. Las funciones de onda no son ondas
asociadas a la propagación de ningún campo físico (eléctrico, magnético, etc.), sino
representaciones que permiten caracterizar matemáticamente los estados de las
partículas a que se asocian.
El físico alemán Max Born ofreció la primera interpretación física de las funciones de
onda, según la cual el cuadrado de su amplitud es una medida de la probabilidad de
hallar la partícula asociada en un determinado punto del espacio en un cierto instante.
Aquí se manifiesta un hecho que se repetirá a lo largo del desarrollo de la Teoría
Cuántica, y es la aparición de la probabilidad como componente esencial de la gran
mayoría de los análisis.
La probabilidad en la Teoría Cuántica
La Teoría Cuántica es una teoría netamente probabilista. Nos habla de la probabilidad
de que un suceso dado acontezca en un momento determinado, no de cuándo ocurrirá
ciertamente el suceso en cuestión. La importancia de la probabilidad dentro de su
formalismo supuso el punto principal de conflicto entre Einstein y Bohr en el V
Congreso Solvay de Física de 1927.
Einstein argumentaba que la fuerte presencia de la probabilidad en la Teoría Cuántica
hacía de ella una teoría incompleta reemplazable por una hipotética teoría mejor,
carente de predicciones probabilistas, y por lo tanto determinista. Acuñó esta opinión en
su ya famosa frase, “Dios no juega a los dados con el Universo”.
La postura de Einstein se basa en que el papel asignado a la probabilidad en la Teoría
Cuántica es muy distinto del que desempeña en la Física Clásica. En ésta, la
probabilidad se considera como una medida de la ignorancia del sujeto, por falta de
información, sobre algunas propiedades del sistema sometido a estudio. Podríamos
hablar, entonces, de un valor subjetivo de la probabilidad. Pero en la Teoría Cuántica la
probabilidad posee un valor objetivo esencial, y no se halla supeditada al estado de
conocimiento del sujeto, sino que, en cierto modo, lo determina.
En opinión de Einstein, habría que completar la Teoría Cuántica introduciendo en su
formalismo un conjunto adicional de elementos de realidad (a los que se denominó
“variables ocultas”), supuestamente obviados por la teoría, que al ser tenidos en cuenta
aportarían la información faltante que convertiría sus predicciones probabilistas en
predicciones deterministas.
Mario Toboso es Doctor en Ciencias Físicas por la Universidad de Salamanca y
miembro de la Cátedra Ciencia, Tecnología y Religión de la Universidad Pontificia
Comillas. Editor del Blog Tempus de Tendencias21 y miembro del Consejo Editorial de
nuestra revista. Este artículo es la primera entrega de una serie de dos sobre Teoría
Cuántica. Ver el siguiente: La Teoría Cuántica cuestiona la naturaleza de la realidad.
Max Planck
Planck, Max Karl Ernst Ludwig (1858-1947), físico
alemán, premiado con el Nobel, considerado el
creador de la teoría cuántica.
Planck nació en Kiel el 23 de abril de 1858 y estudió
en las universidades de Munich y Berlín. Fue
nombrado profesor de física en la Universidad de
Kiel en 1885, y desde 1889 hasta 1928 ocupó el mismo cargo en la Universidad de
Berlín.
En 1900 Planck formuló que la energía se radia en unidades pequeñas separadas
denominadas cuantos. Avanzando en el desarrollo de esta teoría, descubrió una
constante de naturaleza universal que se conoce como la constante de Planck.
La ley de Planck establece que la energía de cada cuanto es igual a la frecuencia de la
radiación multiplicada por la constante universal. Sus descubrimientos, sin embargo, no
invalidaron la teoría de que la radiación se propagaba por ondas. Los físicos en la
actualidad creen que la radiación electromagnética combina las propiedades de las
ondas y de las partículas. Los descubrimientos de Planck, que fueron verificados
posteriormente por otros científicos, fueron el nacimiento de un campo totalmente
nuevo de la física, conocido como mecánica cuántica y proporcionaron los cimientos
para la investigación en campos como el de la energía atómica.
Reconoció en 1905 la importancia de las ideas sobre la cuantificación de la radiación
electromagnética expuestas por Albert Einstein, con quien colaboró a lo largo de su
carrera. Véase Átomo. Planck recibió muchos premios por este trabajo, especialmente,
el Premio Nobel de Física, en 1918.
En 1930 Planck fue elegido presidente de la Sociedad Kaiser Guillermo para el
Progreso de la Ciencia, la principal asociación de científicos alemanes, que después se
llamó Sociedad Max Planck. Sus críticas abiertas al régimen nazi que había llegado al
poder en Alemania en 1933 le forzaron a abandonar la Sociedad, de la que volvió a ser
su presidente al acabar la II Guerra Mundial.
Murió en Gotinga el 4 de octubre de 1947. Entre sus obras más importantes se
encuentran Introducción a la física teórica (5 volúmenes, 1932-1933) y Filosofía de la
física (1936).