XIII. LA LUZ Y LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA

APROXIMADAMENTE setenta a�os despu�s de que Coulomb inventara la balanza de torsi�n, hace su aparici�n en la ciencia otro aparato que habr�a de ocupar un lugar de gran prominencia: el espectroscopio de Kirchhoff y Bunsen. El primer espectroscopio, que consist�a de un prisma, una cajetilla de cigarros a la cual se le hab�a recortado en su base una rendija, los extremos de dos viejos telescopios y una fuente de luz (un mechero de Bunsen), fue inventado en 1854 cuando estos dos cient�ficos alemanes trabajaban en Heidelberg. Se colocaba una muestra del material que se deseaba estudiar en el mechero de Bunsen y se le calentaba hasta que estuviera incandescente. La luz que emit�a se refractaba en el prisma, y luego pasaba por la rendija. Puesto que los diferentes colores se refractaban en el prisma de manera diversa, al mover los telescopios pod�a verse la imagen de la rendija con diferentes colores. Con este simple aparato, pronto descubri� Kirchhoff que cada elemento qu�mico —cuya existencia, para ese entonces, comenzaba a establecerse firmemente gracias a los esfuerzos de Lavoisier, Proust, Dalton y tantos otros— produce al ser calentado un conjunto de l�neas de colores que le es caracter�stico. As�, por ejemplo, el vapor de sodio incandescente emite una doble l�nea amarilla y el hidr�geno marca su presencia por una serie de l�neas (la llamada serie de Balmer), cuyo espaciamiento disminuye a medida que su color se acerca m�s al azul. A estas l�neas de colores, que son una especie de huella digital del elemento qu�mico, se le llam� el espectro de ese elemento.

Con su espectroscopio, Bunsen y Kirchhoff pronto descubrieron nuevos elementos, el cesio en 1860 y el rubidio un a�o despu�s. Kirchhoff descubri� tambi�n la ley que hoy lleva su nombre, seg�n la cual un gas absorbe luz de la misma longitud de onda que emite al estar incandescente. De aqu� dedujo la presencia de sodio en el Sol, as� como de una docena de elementos m�s. El espectroscopio se convierte, pues, en un poderoso instrumento anal�tico que nos permite enterarnos de la constituci�n de las estrellas y, mucho m�s importante a�n, nos da la llave para entrar en el mundo fabuloso de los �tomos.

Adem�s de jugar con su espectroscopio, Kirchhoff plante� tambi�n otro problema —el llamado cuerpo negro, que es el absorbedor de luz m�s perfecto—, cuyo comportamiento habr�a de constituir un gran enigma para los f�sicos del siglo XIX. La teor�a cl�sica de la luz, basada en las leyes de Maxwell, unida a las leyes de la termodin�mica, no es capaz de explicar la radiaci�n del cuerpo negro. Tendr�a que venir un alumno de Kirchhoff, Max Planck, para explicarnos los misterios del cuerpo negro y establecer as� las primicias de la teor�a cu�ntica.

Como ya hemos dicho, un cuerpo negro absorbe todas las ondas que inciden sobre �l, sin importar la frecuencia de esa radiaci�n. Aunque el cuerpo negro perfecto no existe, se puede construir uno que casi lo sea mediante el simple truco de hacer un peque�o agujero en una caja cerrada con sus paredes interiores pintadas de negro; la luz que penetre por el agujerito tendr�a una probabilidad peque��sima, casi despreciable, de volver a salir por la apertura: de hecho ha sido absorbida y el sistema se comporta como si fuera negro. Si ahora forz�ramos el proceso inverso, calentando la caja hasta la incandescencia, del agujero saldr�a luz (o m�s precisamente, radiaci�n electromagn�tica) de todas las longitudes de onda. De hecho, si el radiador negro emitiera en todas las frecuencias por igual, casi toda la energ�a se ir�a al radiar en la regi�n de m�s alta frecuencia. Ya que la luz de mayor frecuencia en el espectro visible es la violeta, esta conclusi�n de la f�sica cl�sica se lleg� a conocer como "la cat�strofe ultravioleta". La tal cat�strofe nunca fue observada en el experimento, y se constituy� as� en la cat�strofe de la f�sica cl�sica.