XI. REPERCUSIONES EN EL DESARROLLO CONCEPTUAL DE LA TEOR�A CU�NTICA

EL TRABAJO de Einstein de 1907 sobre los calores espec�ficos a bajas temperaturas tuvo muchas consecuencias importantes para el desarrollo posterior de la f�sica. Solamente hablaremos de algunas de ellas. En primer lugar, extendi� la aplicaci�n de la teor�a cu�ntica a sistemas para los cuales no hab�a sido construida, es decir a sistemas materiales y no radiactivos, dando explicaciones a resultados experimentales que no eran consistentes con las teor�as existentes. Este trabajo tuvo como consecuencia un impulso importante en el estudio de la f�sica del estado s�lido, pues a bajas temperaturas, casi todas las sustancias est�n en dicho estado termodin�mico. Adem�s, este trabajo fue el que abri� una nueva rama de la f�sica, que despu�s recibir�a el nombre de mec�nica estad�stica cu�ntica. Este campo estudia, a partir de una base microsc�pica, las propiedades termodin�micas de las sustancias a bajas temperaturas.

Sin embargo, �stas no fueron las �nicas consecuencias del trabajo de Einstein. Hubo otra consecuencia, que a largo plazo fue de importancia decisiva. Como ya se ha dicho anteriormente la comunidad cient�fica de esos a�os no cre�a en la realidad f�sica de la teor�a de Planck. Por ejemplo, un cient�fico de mucho renombre en esa �poca, Walther Nernst, no acept� inicialmente la teor�a cu�ntica diciendo que "no era m�s que una f�rmula de interpolaci�n". Con esto se refer�a al trabajo emp�rico de Planck de 1900. Posteriormente, cuando le llam� la atenci�n la determinaci�n de los calores espec�ficos a bajas temperaturas, en relaci�n con su descubrimiento de la tercera ley de la termodin�mica, y al empezar a vislumbrar que justamente esta ley ten�a origen cu�ntico, y cuando sus propios experimentos y los de sus colaboradores como Eucken concordaron con las predicciones de Einstein, cambi� de parecer y se refiri� a la teor�a de Planck como "una teor�a ingeniosa y fruct�fera". Al igual que Nernst, muchos cient�ficos empezaron, poco a poco, a darse cuenta de que hab�a "algo" real en las ideas de la cuantizaci�n.

Nernst pens� que se deber�a organizar un congreso internacional de cient�ficos prominentes con el fin de discutir los problemas b�sicos de las ideas cu�nticas propuestas por Planck y desarrolladas por Einstein. En un trabajo presentado en enero de 1911 ante la Academia de Ciencias de Berl�n, Nernst declar�: "En la actualidad, la teor�a cu�ntica es esencialmente una regla para hacer c�lculos, de naturaleza muy extra�a, se podr�a decir grotesca; pero ha resultado ser tan fruct�fera, debido al trabajo de Planck, en lo que a la radiaci�n concierne, y por el trabajo de Einstein, en lo que a la mec�nica molecular concierne [...], que es el deber de la ciencia tomarla en serio y sujetarla a investigaciones cuidadosas."

Nernst logr� que el industrial belga Ernest Solvay patrocinara un congreso, que fue el primero de los famosos Congresos Solvay que se han efectuado desde 1911 en Bruselas, B�lgica. Este congreso result� muy importante en la historia de la f�sica, asistieron gentes notables como A. H. Lorentz, J. Jeans, H. Kamerlingh Onnes, E. Rutherford, W. Wien, L. Brillouin y A. Sommerfeld, as� como, naturalmente, Nernst, Planck y Einstein. Y en su transcurso fue donde se renunci� expl�citamente a la validez universal de la f�sica desarrollada hasta fines del siglo XIX. Esta cuesti�n fue de fundamental importancia. Aqu� vale la pena mencionar que el edificio conceptual que se ten�a a fines del siglo pasado estaba, en esencia, sostenido por la mec�nica desarrollada por Newton y la teor�a electromagn�tica, desarrollada por Maxwell.

Hemos de mencionar que Einstein, en 1905, ya hab�a demostrado al proponer la teor�a de la relatividad especial, que la mec�nica de Newton no ten�a validez universal; demostr� que si los cuerpos se mueven con velocidades comparables a la de la luz, entonces la mec�nica de Newton no puede describir los fen�menos correspondientes. La teor�a de la relatividad es una generalizaci�n de la teor�a newtoniana, que ampl�a su dominio de aplicaci�n. Si en la teor�a de la relatividad se consideran fen�menos en los cuales la velocidad de los cuerpos es mucho menor que la de la luz, como son la mayor�a de los fen�menos cotidianos, entonces se recupera la mec�nica de Newton. Es decir, la teor�a newtoniana es un caso particular de la relativista, para velocidades muy peque�as. Desde este punto de vista Einstein ya hab�a se�alado antes una limitaci�n de la f�sica entonces existente.

Con las ideas cu�nticas, se se�al� otra limitaci�n de naturaleza distinta. Al estudiar fen�menos en los que se ven involucrados entes at�micos, como por ejemplo, la interacci�n de la radiaci�n con la materia, o sea con los �tomos o las consecuencias de los movimientos microsc�picos de los �tomos que componen una sustancia en las propiedades macrosc�picas, entonces la f�sica de Newton y de Maxwell deja de describir la realidad f�sica. Se expres� esta limitaci�n por primera vez en el Congreso Solvay de 1911. As�, la f�sica que se conoc�a entonces, la de Newton y la de Maxwell, result� ser v�lida solamente en la descripci�n de fen�menos macrosc�picos. Para los microsc�picos fue necesario recurrir a las ideas de la cuantizaci�n. Se empez� entonces a llamar a la f�sica conocida a finales del siglo XIX, la mec�nica de Newton y el electromagnetismo de Maxwell, f�sica cl�sica.

Se puede decir entonces que la f�sica cl�sica coincide con la nueva f�sica cu�ntica para el caso en que se traten fen�menos macrosc�picos.

Destacaremos el hecho de que fue Einstein quien, con sus trabajos en relatividad y en teor�a cu�ntica, hizo ver la limitaci�n que ten�a la f�sica cl�sica. Conceptualmente, este hecho fue devastador entre muchos cient�ficos de la �poca. Hacia fines del siglo pasado, a pesar de las inconsistencias que ya hemos mencionado, se cre�a que se hab�a edificado la teor�a f�sica definitiva de la naturaleza. Se pensaba que estas inconsistencias eran detalles que poco a poco se iban a resolver dentro del marco de las ideas establecidas. Es interesante mencionar, como ejemplo de la actitud que ten�a mucha gente al respecto, dos declaraciones hechas a fines del siglo pasado. En 1894 el f�sico norteamericano Albert Michelson declar�: "Un eminente f�sico ha se�alado que las verdades futuras de la ciencia f�sica se deber�n buscar en la sexta cifra decimal." El eminente f�sico al que se refer�a Michelson era lord Kelvin, quien hab�a dicho lo anterior en 1884. El otro caso corresponde a un comentario p�blico hecho por Maxwell, en 1871, en su discurso introductorio sobre f�sica experimental en la Universidad de Cambridge, Inglaterra: "La caracter�stica de los experimentos modernos —de que consisten principalmente de mediciones— es tan prominente, que la opini�n parece haberse extendido, que en unos cuantos a�os todas las constantes f�sicas habr�n sido estimadas aproximadamente, y que la �nica ocupaci�n que quedar� a los hombres de ciencia ser� llevar a cabo estas mediciones hasta otra cifra decimal."

El primer Congreso Solvay tuvo importantes repercusiones indirectas en el desarrollo posterior de la f�sica cu�ntica. Es digno de mencionar la influencia que tuvo sobre el dan�s Niels Bohr y sobre el franc�s Louis de Broglie. Ninguno de estos dos j�venes cient�ficos —en 1911— asisti� al Congreso, mas Bohr obtuvo una descripci�n por boca de Rutherford cuando lo vio en Manchester, Inglaterra, a poco del regreso de este �ltimo de Bruselas y qued� vivamente impresionado. Esto estimul� a Bohr para realizar su famoso trabajo, publicado en 1913, sobre la estructura del �tomo de hidr�geno, en el que us� conceptos cu�nticos. As� pudo demostrar que los espectros de rayas que se conoc�an experimentalmente, pero que no se hab�an podido explicar, ten�an origen cu�ntico. Bohr recibi� el premio Nobel de F�sica en 1922.

Maurice de Broglie fue uno de los secretarios cient�ficos del Congreso y en tal calidad edit� las discusiones para su publicaci�n. De regreso a Francia, su hermano Louis tuvo oportunidad de estudiarlas y se entusiasm� tanto con lo que le�a que "decidi� dedicar todos sus esfuerzos a investigar la naturaleza real de los cuantos misteriosos que Planck hab�a introducido en la f�sica te�rica diez a�os antes". Este esfuerzo culmin� con la publicaci�n de su tesis doctoral en 1924, presentada a la Universidad de Par�s, en la que abri� una nueva dimensi�n sobre los problemas cu�nticos, como veremos en el pr�ximo cap�tulo. Esta contribuci�n le vali� el premio Nobel de F�sica en 1929.

La obra de Albert Einstein no fue solamente la primera aplicaci�n de las ideas cu�nticas a los fen�menos de radiaci�n electromagn�tica y a los sistemas materiales, con su respectiva confirmaci�n experimental; tambi�n desencaden� una serie de actividades que lograron convencer a prominentes cient�ficos de la bondad de las ideas cu�nticas y a estimular a los j�venes f�sicos a desarrollar lo que culmin� con lo que ahora conocemos como la f�sica cu�ntica.

El primer Congreso Solvay se puede considerar como el primer acto en el desarrollo conceptual de la teor�a cu�ntica. En �l, Einstein demostr� su grandeza al tratar de manera muy simple fen�menos espec�ficos que le ayudaron a penetrar en los secretos de la naturaleza. �sta fue una de sus caracter�sticas geniales.

La teor�a cu�ntica tuvo otras dos fases en su desarrollo. Una que va, aproximadamente, de 1913 a 1924 y la otra de 1924 a 1926, en la que se estableci� la teor�a definitiva. De manera breve rese�aremos algunos de sus aspectos m�s prominentes, en los que Einstein, nuevamente, desempe�� un papel importante.