¿Fue la constante de Planck un gran salto conceptual? [duplicar]
Se debe haber observado, por ejemplo, que no había ningún elemento más ligero que el hidrógeno o que no había electrones con cargas diferentes (creo que el electrón se descubrió antes de la constante de Planck) sino solo una carga y esa era la carga más pequeña. Entonces, ¿imaginar que la energía en sí misma venía en un paquete más pequeño era una gran sorpresa o era la confirmación de algo que ya había sido teorizado?
Respuestas
La cuantificación de la energía de la luz de una frecuencia determinada en fotones supuso un salto realmente enorme con respecto a la física clásica.
Primero, las ideas de átomos y partículas elementales, incluidos los electrones, se estaban desarrollando aproximadamente al mismo tiempo que la mecánica cuántica. Por tanto, la premisa de la pregunta no es del todo correcta; el electrón fue descubierto por JJ Thompson en 1897, y la carga por Millikan en 1913, mientras que el artículo de Planck sobre la radiación del cuerpo negro se publicó en 1900.
Pero incluso si damos por sentado la existencia de un electrón con una unidad de carga, la cuantificación de la energía es otro gran salto conceptual. La teoría clásica del electromagnetismo de Maxwell puede incorporar cargas puntuales muy fácilmente$^\star$, e incluso si no explica por qué las cargas deben venir en unidades de la carga del electrón, no hay ningún problema lógico con que haya una carga unitaria.
Sin embargo, las ecuaciones de Maxwell hacen una predicción muy firme de que la energía de una onda electromagnética es proporcional a la amplitud de la onda, y la amplitud es una cantidad continua. No hay forma de reproducirse$E=\hbar \omega$dentro del electromagnetismo clásico; Dado que las cargas aceleradas producen ondas electromagnéticas, una carga que oscila a una frecuencia determinada puede producir ondas más grandes o más pequeñas al aumentar la amplitud de su oscilación. En la física clásica, las partículas pueden oscilar con cualquier amplitud. Por lo tanto, realmente hay algo extra y (desde el punto de vista de la física clásica) extremo que se necesita para explicar la radiación del cuerpo negro.
$^\star$ problemas de módulo con respecto a la fuerza propia, que ignoraré.
En la filosofía y la ciencia modernas tempranas había una teoría corpuscular de la luz y la autoridad de Newton también estaba detrás de ella. A finales del siglo XIX. Los fenómenos electromagnéticos demostraron que la luz es una onda, pero el trabajo de Planck parecía reivindicar la visión alternativa. En realidad, la constante se introdujo como un truco matemático: una integral diverge hasta el infinito, mientras que la suma correspondiente es finita. Planck recurrió a él exasperado y luego incluso dijo que lamentaba haberlo inventado. Pero esta visión explica mucho más, algo que no pudo suceder y no sucedió de inmediato: no hubo salto, solo una realización gradual.
ver Jammer M., * The Conceptual Development of Quantum Mechanics. * NY, 2nd ed. 1989. (También hay un problema de escala: tomó una generación y más admitir que la teoría cuántica se mantendrá, pero desde la distancia es una revolución).