Luces y metales

Hace un tiempo ya hablamos de cómo la cuántica muestra fenómenos tan diferentes a la física clásica y de cómo hace falta hacer virguerías para entender ciertos fenómenos. Uno de ellos fue la explicación del problema de la radiación del cuerpo negro, que ya explicamos. Pues bien, hoy vamos a hablar de otro fenómeno explicado a raíz de éste y totalmente genuino y alucinante, que constituyó toda otra revolución en la física. Se trata de cómo Einstein explicó teóricamente el efecto fotoeléctrico .

Bueno, ¿qué es eso del efecto fotoeléctrico? Los científicos de entonces se habían ya dado cuenta de que a veces, la luz que incidía sobre un metal, provocaba que éste desprendiera electrones. Bueno, era algo curioso, desde luego, así que se pusieron a investigar por qué pasaba… y razonaron lo siguiente: si cierta luz tenue incidiendo sobre un metal, arrancaba un número x de electrones. Si la luz fuera más intensa debería arrancar más electrones, así que pusieron más vatios de luz a incidir sobre el metal. Pero no pasaba nada, seguía arrancando los mismos electrones.

A esas alturas ya estaban acostumbrados a que la cuántica les diera sorpresas de ese estilo así que no se dejaron amedrentar, por lo que no vacilaron en pensar lo siguiente: la luz viene de un filamento de metal caliente, que emite energía, por lo que más intensidad, más energía, así que los electrones que arrancamos serán los mismos, pero llevarán más energía. Lógico. Bueno, pues tampoco pasaba eso. Más luz, igual número de electrones, igual energía.

Una bombilla de la mesita de noche arrancaba los mismos electrones que el foco del faro del pueblo. Eso les deprimió, porque significaba que no tenían ni idea del porqué del efecto fotoeléctrico. Es más, al seguir enredando con las luces, se dieron cuenta de que había algo que sí cambiaba el número de electrones arrancados: el color de la bombilla. Imaginaos qué sinsentido: la bombilla violeta no arranca electrones. La azul y la roja en cambio sí, y además la azul arrancaba más electrones, pero los mismos todo el rato, fuese de la intensidad que fuese su bombilla, por lo que el número y la energía de los electrones dependía sólo de la frecuencia de la luz, (lo que a nuestros ojos es color). No se entendía por qué.

Pero había un hombre llamado Albert Einstein. Einstein sabía de los trabajos de Planck (¿os acordáis?) y pensó así: la luz es energía que proviene de las partículas de la materia, que vibran produciéndola. Planck dijo que ésta energía solo existe en cuantos o paquetes pequeños es decir nivel 1, 2, 3… pero nunca 1.5 o 2.00004, sino siempre múltiplos enteros. Así que la energía que emiten también ha de ser emitida en trozos, que llamó fotones. Por lo tanto, el metal desprenderá electrones si los cuantos de luz son del nivel de energía adecuado, pero no por más que sean muchos, es por eso que si hemos dado con la frecuencia o el color de luz adecuado para arrancar electrones, más fotones no dan más electrones, sólo si su energía es más alta, esto es, más hacia el color violeta. Einstein además calculó numéricamente el valor de energía de un fotón. Más tarde se descubrió que todas sus predicciones eran ciertas.