Si eres fanático de la serie de Netflix " Stranger Things ", has visto la escena climática de la tercera temporada, en la que Dustin intenta engatusar a su inteligente novia de larga distancia Suzie a través de una conexión de radioaficionado para que le diga el valor exacto de algo llamado constante de Planck, que también resulta ser el código para abrir una caja fuerte que contiene las llaves necesarias para cerrar la puerta a un universo alternativo malévolo.
Pero antes de que Suzie recite el número mágico, exige un alto precio: Dustin tiene que cantar el tema principal de la película "The NeverEnding Story ".
Todo esto puede haberlo llevado a preguntarse: ¿Qué es exactamente la constante de Planck?
La constante, ideada en 1900 por un físico alemán llamado Max Planck , quien ganaría el Premio Nobel de 1918 por su trabajo, es una parte crucial de la mecánica cuántica , la rama de la física que se ocupa de las diminutas partículas que componen la materia y las fuerzas. involucrados en sus interacciones. Desde chips de computadora y paneles solares hasta láseres, "es la física la que explica cómo funciona todo".
El mundo invisible de lo ultrapequeño
Planck y otros físicos de finales del siglo XIX y principios del XX intentaban comprender la diferencia entre la mecánica clásica , es decir, el movimiento de los cuerpos en el mundo observable que nos rodea, descrito por Sir Isaac Newton a finales del siglo XVII, y un mundo invisible de el ultrapequeño, donde la energía se comporta en algunos aspectos como una onda y en otros como una partícula, también conocida como fotón .
"En la mecánica cuántica, la física funciona de manera diferente a nuestras experiencias en el mundo macroscópico", explica por correo electrónico Stephan Schlamminger , físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . Como explicación, cita el ejemplo de un oscilador armónico familiar , un niño en un columpio.
"En la mecánica clásica, el niño puede estar en cualquier amplitud (altura) en la trayectoria del columpio", dice Schlamminger. "La energía que tiene el sistema es proporcional al cuadrado de la amplitud. Por lo tanto, el niño puede balancearse en cualquier rango continuo de energías desde cero hasta cierto punto".
Pero cuando bajas al nivel de la mecánica cuántica, las cosas se comportan de manera diferente. "La cantidad de energía que podría tener un oscilador es discreta, como los peldaños de una escalera", dice Schlamminger. "Los niveles de energía están separados por h por f, donde f es la frecuencia del fotón, una partícula de luz, que un electrón liberaría o absorbería para pasar de un nivel de energía a otro".
En este video de 2016, otra física del NIST, Darine El Haddad , explica la constante de Planck usando la metáfora de poner azúcar en el café. "En la mecánica clásica, la energía es continua, lo que significa que si tomo mi dispensador de azúcar, puedo verter cualquier cantidad de azúcar en mi café", dice. "Cualquier cantidad de energía está bien".
"Pero Max Planck encontró algo muy diferente cuando miró más a fondo", explica en el video. "La energía está cuantificada o es discreta, lo que significa que solo puedo agregar un terrón de azúcar o dos o tres". Solo se permite una cierta cantidad de energía".
La constante de Planck define la cantidad de energía que puede transportar un fotón, según la frecuencia de la onda en la que viaja.
La radiación electromagnética y las partículas elementales "muestran intrínsecamente propiedades tanto de partículas como de ondas", explica por correo electrónico Fred Cooper , profesor externo del Instituto Santa Fe , un centro de investigación independiente en Nuevo México. "La constante fundamental que conecta estos dos aspectos de estas entidades es la constante de Planck. La energía electromagnética no se puede transferir continuamente sino que se transfiere mediante fotones discretos de luz cuya energía E está dada por E = h f, donde h es la constante de Planck y f es la frecuencia de la luz".
Una constante ligeramente cambiante
Una de las cosas confusas para los no científicos acerca de la constante de Planck es que el valor que se le asigna ha cambiado en pequeñas cantidades a lo largo del tiempo. En 1985, el valor aceptado era h = 6,626176 x 10 -34 julios-segundo . El cálculo actual, realizado en 2018, es h = 6,62607015 x 10 -34 julios-segundo.
"Si bien estas constantes fundamentales están fijadas en la estructura del universo, los humanos no conocemos sus valores exactos", explica Schlamminger. "Tenemos que construir experimentos para medir estas constantes fundamentales lo mejor que pueda la humanidad. Nuestro conocimiento proviene de algunos experimentos que se promediaron para producir un valor medio para la constante de Planck".
Para medir la constante de Planck, los científicos han utilizado dos experimentos diferentes: el equilibrio de Kibble y el método de densidad de cristal de rayos X (XRCD).y, con el tiempo, han desarrollado una mejor comprensión de cómo obtener un número más preciso. "Cuando se publica un nuevo número, los experimentadores presentan su mejor número, así como su mejor cálculo de la incertidumbre en su medición", dice Schlamminger. "Con suerte, el valor verdadero, pero desconocido, de la constante debería estar en el intervalo de más/menos la incertidumbre en torno al número publicado, con una cierta probabilidad estadística". En este punto, "estamos seguros de que el valor real no está muy lejos. El balance de Kibble y el método XRCD son tan diferentes que sería una gran coincidencia que ambas formas concuerden tan bien por casualidad".
Esa pequeña imprecisión en los cálculos de los científicos no es gran cosa en el esquema de las cosas. Pero si la constante de Planck fuera un número significativamente mayor o menor, "todo el mundo que nos rodea sería completamente diferente", explica por correo electrónico Martin Fraas, profesor asistente de matemáticas en Virginia Tech. Si se aumentara el valor de la constante, por ejemplo, los átomos estables podrían ser muchas veces más grandes que las estrellas .
El tamaño de un kilogramo , que entró en vigor el 20 de mayo de 2019, según lo acordado por la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (cuyo acrónimo en francés es BIPM), ahora se basa en la constante de Planck.
Ahora eso es interesante
Como explica este tuit del NIST, los escritores de "Stranger Things" cometieron un error y utilizaron el valor de 2014 para la constante de Planck, en lugar del que habría estado disponible en el verano de 1985, cuando se estableció el episodio. Fraas de Virginia Tech lo explica todo en este video .
