XVII. EINSTEIN Y EL EFECTO FOTOEL�CTRICO

PARA que su c�lculo fuera consistente con la ley de Wien —que es un resultado de la termodin�mica, y por ello independiente de los detalles del modelo empleado—, Max Planck tuvo que suponer que la energ�a ₀ es proporcional a la frecuencia v:

₀= hv

As� entra en la f�sica la constante h, hoy llamada constante de Planck, que es ubicua en la f�sica moderna. El valor de h, cuando usamos el sistema de unidades cent�metro-gramo-segundo (que es apropiado al tratar con los sistemas f�sicos que hallamos cotidianamente) es peque��simo: h = 6.62 x 10^-27 erg.seg. Por ello, en el estudio de muchos fen�menos que ocurren en objetos a la escala del hombre o mayores, h aparenta ser cero. En tal caso, la energ�a ya no viene en cuantos, sino que parece ser continua, como en la mec�nica de Newton. Recuperamos as�, como un caso l�mite en que la constante de Planck es cero, la f�sica cl�sica. De manera an�loga a como la mec�nica newtoniana se obten�a de la f�sica relativista cuando la velocidad de la luz se considera infinita, la f�sica cl�sica es un caso lim�trofe de la cu�ntica si h puede despreciarse. En la vida diaria, cuando los cuerpos se mueven a velocidades muy peque�as respecto a la luz y tienen masas muy grandes, los efectos relativistas y cu�nticos no pueden observarse. Las leyes de Newton, como un caso l�mitrofe, recuperan su valor y son �tiles para describir el movimiento de proyectiles, ciclones y planetas. Pero en el mundo de lo muy peque�o, h es siempre diferente de cero y su presencia se hace sentir en m�ltiples fen�menos.

Uno de estos fen�menos es el efecto fotoel�ctrico. Supongamos que se ilumina con luz ultravioleta la superficie de un metal alcalino; se observa que esta superficie adquiere carga positiva, porque ha dejado escapar electrones. Podemos luego medir la velocidad y el n�mero de esos electrones. Se observa que el n�mero aumenta con la intensidad de la luz pero que su velocidad s�lo depende de la frecuencia de �sta. En particular, si la frecuencia se hace muy peque�a, la luz incidente no es capaz de producir la corriente fotoel�ctrica, es decir, no puede arrancar electrones al metal por m�s intensa que sea.

En uno m�s de los art�culos fundamentales que Einstein public� en 1905 (a�o en que, por cierto, tambi�n obtuvo su doctorado), se generaliza la idea de los cuantos de luz para explicar estos experimentos sobre fotoelectricidad. Einstein, a diferencia de Planck, no s�lo postul� las caracter�sticas cu�nticas de la luz durante los procesos de emisi�n y absorci�n, sino que supuso que la luz est� formada por cuantos de energ�a igual al producto de h por la frecuencia, que vuelan a la velocidad de la luz. A estos cuantos se les llamar�a fotones, las part�culas de la luz. Con esta hip�tesis cu�ntica, la explicaci�n del efecto fotoel�ctrico es f�cil: un fot�n choca con un electr�n y lo expulsa del metal si la energ�a que le da es mayor que la llamada funci�n de trabajo; mientras m�s fotones haya, m�s electrones pueden ser extra�dos del metal, pero la energ�a de estas part�culas s�lo depende de la que originalmente tenga el fot�n y no del n�mero de �stos. La corriente fotoel�ctrica depende, por consiguiente, de la intensidad de la luz, pero la energ�a de los electrones s�lo de la frecuencia de la radiaci�n incidente. Con su audaz concepci�n corpuscular de la luz, Einstein golpea brutalmente, por segunda vez, a la f�sica cl�sica.