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La explicación cuántica de Einstein
De Wikillerato
Revisión de 17:55 21 sep 2008
En marzo de 1905 Albert Einstein (en aquella época un joven empleado de la Oficina de patentes de Berna (Suiza), envió a publicar un artículo titulado en su traducción española del alemán: Sobre un punto de vista heurístico concerniente a la producción y transformación de la luz a la más prestigiosa revista alemana de física de la época Annalen der Physik (Anales de Física). En este trabajo, el primero de una serie de cinco publicados en esa revista ese Annus Mirabilis (año milagroso) para la física de 1905 como se le ha llamado, y que marcaron el inicio de la era de la física moderna.
En el artículo citado dice Einstein en al introducción al trabajo presentado en el mismo:
“...La teoría ondulatoria de la luz la cual opera con funciones espaciales continuas, ha funcionado excelentemente en la representación de fenómenos puramente ópticos y probablemente nunca será reemplazada por otra teoría. No obstante, habrá que tener en cuenta que las observaciones ópticas se refieren a promedios temporales más bien que a valores instantáneos. A pesar de la confirmación experimental completa de la teoría tal como es aplicada a la difracción, reflexión, refracción, dispersión, etc... es todavía concebible que la teoría de la luz, la cual opera con funciones espaciales continuas. pueda conducir a contradicciones con la experiencia cuando se aplica a los fenómenos de emisión y transformación de la luz.
De hecho, me parece que las observaciones asociadas con la radiación de cuerpo negro, fluorescencia, la producción de rayos catódicos por luz ultravioleta, y otros fenómenos relacionados conectados con la emisión o transformación de la luz son más entendidos más fácilmente si uno asume que la energía de la luz está discontinuamente distribuida en el espacio. De acuerdo con la hipótesis aquí considerada, la energía de una rayo de luz se disemina a partir de una fuente puntual no está distribuida continuamente sobre un espacio cada vez mayor, sino que consiste de un número finito de quanta de energía los cuales están localizados en puntos del espacio, los cuales se mueven sin dividirse , y los cuales pueden ser solo producidos y absorbidos como unidades completas.
En lo que sigue yo espero presentar la linea de pensamiento y los hechos que me han conducido a este punto de vista, esperando que esta aproximación pueda ser útil algunos investigadores en su investigación....”
Respecto al efecto fotoeléctrico en el apartado ocho del artículo Einstein escribe:
8.- Sobre la generación de rayos catódicos por iluminación de cuerpos sólidos:'
La idea habitual de que la energía de la luz esta distribuida de forma continua sobre el espacio a través del que viaja se enfrenta a grandes dificultades cuando uno intenta explicar los fenómenos fotoeléctricos, que están expuestos en un trabajo del Sr. Lenard.
De acuerdo con la idea de que la luz incidente consiste en cuantos de energía con energía: h
, la producción de rayos catódicos por luz puede concebirse de la siguiente manera. La capa superficial del cuerpo es penetrada por cuantos de energía cuya energía es parcialmente en energía cinética de electrón, supondremos que esto puede ocurrir. Sin embargo, no excluiremos la posibilidad de que los electrones absorban sólo una parte de la energía de los cuantos luz.
Un electrón del interior del cuerpo que tenga energía cinética habrá perdido parte de su energía cinética cuando llegue a la superficie. Además, supondremos que, al dejar el cuerpo, cada electrón debe realizar cierto trabajo P ( característico del cuerpo). Los electrones que dejan el cuerpo con máxima velocidad perpendicular serán aquellos localizados directamente sobre la superficie y expulsados en dirección normal a la misma. La energía cinética de tales electrones es:
R/Nβ-P .
Si el cuerpo está cargado a un potencial positivo P y rodeado de conductores a potencial cero, y si P es suficiente para impedir la pérdida de carga eléctrica del cuerpo se sigue que
Πε= R/Nβ-P, donde ε denota la carga del electrón: o
ΠE= Rβ
-Pi, donde E es la carga de un equivalente-gramo de un ion monovalente y Pi es el potencial de esta cantidad de carga negativa con relación al cuerpo....
Si la formula es correcta, entonces Vo, cuando es representada en coordenadas cartesianas como función de la frecuencia de la luz incidente, debe dar una linea recta cuya pendiente es independiente de la sustancia metálica bajo estudio. Si cada cuanto de energía de la luz incidente transmite su energía a los electrones, independientemente de los demás cuantos, entonces la distribución de velocidad de los electrones, i.e., la naturaleza de los rayos catódicos producidos, será independiente de la intensidad de la luz incidente, por otro lado, en circunstancias por lo demás idénticas, el número de electrones que dejan el cuerpo será proporcional a la intensidad de la luz...."
En notación moderna: R/Nβ=h, la constante de Planck Π=Vo (Potencial de parada)
P= W (función trabajo fotoeléctrico, el trabajo necesario para sacar al electrón del metal)
Traducido de la versión en inglés disponible en:
[1]] American Journal of Physics, v. 33, n. 5, May 1965 y esta de la versión alemán [2]. A. Einstein, Ann. Phys. (1905) 17, 132
Bibiografía
Todos los artículos de Einstein de su Annus Mirabilis pueden ser obtenidos en su traducción española completa en John Stachel Einstein 1905: un año maravilloso. 2001. Editorial Crítica
Einstein ganó el premio Nobel de Física en 1921 por este artículo, y no por su famosa Teoría de la Relatividad Especial y General.
