HISTORIA DE LA CIENCIA - El siglo XX
EL MUNDO FISICO: EL MICROCOSMOS
BOHR QUANTIFICA EL ATOMO
En los razonamientos del físico alemán Planck, el quanto era un ente teórico, inventado para
resolver las dificultades de un problema especial, pero Einstein lo aplicó en 1905 para explicar
el fenómeno de la fotoelectricidad, y ARTHUR COMPTON puso experimentalmente, en 1922,
fuera de duda la realidad física del quanto. Pero en el intervalo entre estos dos éxitos, un joven
danés, NIELS BOHR, realizó la hazaña más decisiva: reunió la teoría quántica de Planck con el
modelo atómico de Rutherford.
"Si los electrones que circulan en los átomos, declaró Bohr en 1913, no satisfacen las leyes de la
electrodinámica clásica, es porque obedecen a las leyes de la mecánica quántica. Sin duda,
giran en torno del núcleo atómico, pero circulan únicamente sobre órbitas tales que sus
impulsos resultan determinados por múltiplos enteros de la constante de Planck. Los
electrones no radian durante todo el tiempo en que describen sus órbitas, sino solamente
cuando el electrón salta de una órbita a la otra, lanza un quanto de luz, un fotón". Emitidos
por los átomos de gases incandescentes, son estos fotones los que dibujan las rayas espectrales,
y Bohr tuvo el portentoso acierto de poder explicar las rayas del hidrógeno. En efecto, las
longitudes de onda de estas líneas espectrales se vuelven calculables a partir del modelo de
átomo quantificado por Bohr, que interpreta también el origen de los espectros elementales
engendrados por los rayos X, espectros cuya importancia acababa de ser puesta en evidencia
por el joven físico inglés HENRY MOSELEY (1887-1915). Para dar más clara cuenta de algunas
particularidades de los espectros, el alemán ARNOLD SOMMERFELD reemplazó en el
modelo de Bohr las trayectorias circulares de los electrones planetarios por órbitas elípticas,
sometiendo además los electrones a la mecánica relativista, y dos holandeses, SAMUEL
GOUDSMIT y JORGEN UHLENBECK, dotaron, en 1925, con movimiento rotatorio al electrón.
Como el modelo atómico de Rutherford, también el de Bohr se asemejaba, pues, a un
minúsculo sistema planetario, pero con la esencial diferencia de que en el átomo bohriano los
electrones sólo podían circular sobre trayectorias quantificadas, como si una misteriosa policía
microcósmica les hubiese prohibido las demás. ¿Por qué un electrón puede solamente
mantenerse sobre una trayectoria permitida por la constante de Planck? Bohr había dejado el
interrogante sin respuesta.
Fue
el teórico francés Louis DE BROGLIE quien dio, en 1923, la
contestación. Cada electrón, explicó De Broglie, va acompañado por un tren de ondas y circula
sólo en órbitas de tamaño tal que el tren de ondas pueda caber en ellas, es decir, pueda
cerrarse. Si no se cerrara, las ondas sucesivas se neutralizarían, destruyéndose. Por ello, la
circunferencia de una órbita tiene que ser un múltiplo entero de la longitud de la onda que
acompaña al electrón. Ahora bien, estas órbitas cerradas son idénticas, muestra De Broglie, las
órbitas quantificadas de los electrones en el modelo de Bohr. ¡Admirable descubrimiento que
explica por qué ciertas trayectorias son permitidas mientras que otras son prohibidas!
Asociar al movimiento del electrón —corpúsculo material— una onda, ligar indisolublemente
lo discontinuo con lo continuo, es la gran idea que surge con la mecánica ondulatoria de De
Broglie, a la cual el austriaco ERWIN SCHRODINGER y el inglés PAUL DIRAC iban a dar
andamiaje matemático y base más amplia, mientras WERNER HEISENBERG y WOLFGANG
PAULI hicieron, en otros aspectos, fundamentales aportes a la teoría quántica del mecanismo
atómico.
Ya antes, en la teoría ondulatoria de la luz, que sirviera fielmente a la Física durante el siglo
XIX, se había introducido el quanto luminoso o fotón corpuscular; la onda era indispensable
para explicar algunos fenómenos, el corpúsculo no menos imprescindible para explicar otros.
A esta doble imagen de la luz se agregó en tanto, con De Broglie, la doble imagen de la
materia, cuyos corpúsculos intraatómicos están inseparablemente ligados a las ondas. La onda
dirige, pilotea los corpúsculos, y los corpúsculos materializan las ondas. Ambas son dos caras
complementarias de la realidad y representan la doble faz del mundo físico. En efecto, la
realidad de las ondas de la materia no dejó más lugar a dudas, desde la célebre experiencia de
CLINTON I. DAVISSON y LESTER H. GERMER, quienes en 1927 lograron demostrar que un
haz de corpúsculos electrónicos se difracta de la misma manera que un haz de luz o de rayos X.
Con este veredicto de la experiencia desapareció la clásica diferencia entre luz y materia, tan
distintas en la imagen que el siglo pasado se forjaba del mundo físico, como son vida y muerte
en el mundo biológico.
