Hoy día las revoluciones científicas parecen estar muy baratas. Ante cualquier avance importante de la ciencia, con frecuencia se afirma que ello es "revolucionario". La decodificación del genoma humano, el descubrimiento de las células troncales o la construcción de nanotubos de carbón, sin duda que han sido importantes avances. Pero no puede afirmarse que ellos constituyan revoluciones científicas.

En esta fecha se cumplen cien años de una verdadera revolución, la más trascendente del siglo XX. Ella comenzó en Berlín el 14 de Diciembre de 1900. En ese día el físico Max Planck anunció públicamente un resultado que marcó el comienzo de lo que se ha llamado "teoría cuántica".

¿Por qué el advenimiento de la teoría cuántica es una verdadera revolución? Las revoluciones científicas suceden cuando los descubrimientos cambian la forma de pensar acerca del mundo de la ciencia, y con ello se estructuran nuevas herramientas para desarrollar sus trabajos. Estas revoluciones no suceden de un día para otro. Por el contrario, toman tiempo. Una verdadera revolución gatilla toda una cascada de acontecimientos científicos posteriores que llegan a involucrar muchas otras áreas relacionadas y generan además nuevos campos científicos. Es lo que Thomas Kuhn, filósofo e historiador de la ciencia, señala como un cambio de paradigma (Creces, Julio 2000, pág.34). Así por ejemplo, fue una revolución científica la que se generó por la teoría de las placas tectónicas o por el descubrimiento del DNA como la molécula responsable de la herencia o la que provocó la hipótesis del big bang que explicaba el comienzo del Universo.

Es en este sentido que la teoría cuántica, al cambiar el concepto universalmente aceptado que la energía era suave y continua y reemplazarlo por el concepto que era granular y discreta, fue una verdadera revolución. Después de ella, a lo que antes se conocía en física se le apodó con el calificativo de "clásica". La teoría cuántica dio nacimiento a cientos de nuevas líneas de trabajo y hoy día es la base fundamental de la física moderna y la tecnología de los semiconductores.

Lo curioso es que Max Planck, fundador de la teoría cuántica, no fue un revolucionario sino un científico profundamente conservador, respetuoso de las leyes clásicas de la física. En una ocasión, Planck le dijo a su supervisor de investigación, que él sólo quería profundizar los conceptos de sus predecesores y que no deseaba hacer nuevos descubrimientos. Por años, Planck luchó para hacer calzar sus ideas con las ideas clásicas que estaban profundamente enraizadas en su corazón.

Entonces ¿Qué fue lo que hizo Planck hace cien años que merezca recordarlo a él y no a otros, como el líder de la revolución cuántica? y ¿Quién más merece crédito?

A los 42 años de edad, cuando Plank estaba en lo más alto de su carrera, se planteó una tarea que parecía históricamente oscura. El quería derivar de los primeros principios clásicos la brillantez comparativa (conocida como intensidad relativa) de cada color en el espectro electromagnético salido desde un pequeño agujero de un horno especial sellado, calentado a un rango de diferentes temperaturas. En la jerga, esto se llama "cuerpo-negro" o radiación de "cavidad".

Plank estaba intrigado por la radiación del cuerpo-negro. Los físicos habían probado teóricamente que a una temperatura dada, el horno cuerpo-negro irradia energía en todas las longitudes de onda con el mismo espectro de intensidades, independiente del tamaño o la forma de la cavidad o del material con que estuvieran hechas sus paredes. Planck estaba tratando de encontrar una fórmula en que calzara perfectamente esta distribución de intensidades observadas experimentalmente.

A comienzos de Octubre de 1990, Planck apareció con una fórmula: "la Constante de Planck". Para ese entonces estaba trabajando en el Instituto de Física y Tecnología en Charlottenberg, que había sido fundado en una asociación entre el gobierno de Alemania y el industrial Werner von Siemens, para optimizar el arte de hacer medidas muy precisas. Uno de los objetivos de las investigaciones era que las radiaciones del cuerpo negro ayudaran a comprender y optimizar la calefacción y las luminarias de gas de las industrias de la época, con el objeto de hacerlas más eficientes, para beneficio de la economía alemana.

La ecuación de Planck calzó perfectamente con los datos de los experimentadores. Pero él quería derivar su fórmula en términos de qué estaba sucediendo dentro del horno. Para explicarla se vio obligado a aceptar que la materia venía en trozos discretos (átomos), una idea que antes había rechazado. Tuvo que aceptar que no se podía predecir con seguridad cómo se comportaba "un átomo" lo mejor que podía esperar era sólo una probabilidad estadística, concepto que Planck había rechazado por mucho tiempo.

Después de ocho semanas del más duro trabajo de su vida, Planck encontró una brillante explicación para la fórmula. Para ello tenía que dividir el total de energía de todas las vibraciones de los átomos en las paredes del horno en cantidades discretas para cada frecuencia. El resultado fue la ecuación "E=hf", donde E es energía, f es frecuencia y h una nueva constante fundamental, que pasó a llamarse "constante de Planck".
Esta fue la primera aparición del concepto de energía discreta "cuantum", una palabra latina que significa "cuanto". Muchos textos de física dan la impresión que Planck se adhirió inmediatamente el significado de la idea cuántica, pero ellos están equivocados. Planck estaba en algo más concreto. En ese entonces, con cautela escribió: "no le doy mayor importancia a esto, excepto que quería obtener un resultado positivo para la fórmula, bajo cualquier circunstancia y a cualquier costo.

Afirmaciones de Planck como ésta, convencieron a Thomas Kuhn, famoso historiador de la ciencia, de que inicialmente Planck no apreció en su magnitud el significado de la energía cuántica, y que él no creía que la energía cuántica venía en valores discretos. Fue más tarde, cuando ya muchas otras personas lo habían aceptado, que él llegó a convencerse que los átomos podían tener cualquier energía que quisieran.

Thomas Kuhn es muy conocido por su teoría de que la ciencia avanza por una sucesión de revoluciones científicas (Creces, Julio 2000, pág. 32). Según él, cada revolución produce una nueva forma de trabajo científico, seguido por intervalos que el mismo llama "ciencia normal", en que los científicos van agregando antecedentes a este nuevo cuadro conceptual. En su análisis acerca de las creencias de Planck, cree que fue posteriormente cuando éste se llegó a iluminar con la nueva idea. De esta forma, Kuhn argumenta que fue Einstein y no Planck, quien fue el primero que entendió las ideas cuánticas y sus implicancias.

Cinco años después del descubrimiento de Planck, Einstein propuso que las ideas de la energía cuántica no sólo se aplicaban a los átomos en el horno cuerpo-negro. El postuló que también la energía luminosa se transfería en cantidades discretas, que más tarde fueron llamados fotones. Einstein sugirió que la energía de todo cuantum luminoso, en cualquiera situación, está también dada por la misma fórmula, E=hf. A menudo Einstein afirmaba que éste fue su único verdadero trabajo revolucionario.

El Comité del Premio Nobel pareció estar de acuerdo en ello, ya que este trabajo fue citado cuando Einstein recibió su largamente esperado premio en el año 1921.

Pero por 14 años, los físicos amigos de Einstein, universalmente continuaron viendo este concepto de fotones como una aberración. La idea vino a ser aceptada sólo en 1924, gracias al físico americano Arthur Compton, quien fue el primero que demostró que los rayos X podían comportarse tanto como partículas, como también como ondas. Compton demostró que cuando él pasaba rayos X a través de ciertos materiales, se incrementaban sus longitudes de ondas. Esto sólo lo podía explicar bajo el modelo de coaliciones entre los rayos X y los electrones en los materiales, como coaliciones entre dos microscópicas bolas de billar, donde ambas eran partículas.

Planck no aceptó totalmente este concepto de las partículas de luz, y en 1947 se fue a su tumba sin estar convencido de los fotones. El estaba más conforme con la teoría cuántica de la materia, que pronto se desarrolló después de su descubrimiento inicial, cuando Heisenberg y Schrodinger desarrollaron una teoría que dio una visión interna en la estructura de los átomos.

Aun cuando Planck en un comienzo no se dio cuenta de las implicaciones de la teoría cuántica, apreció inmediatamente la importancia de la nueva constante fundamental "h". Fue la primera constante que se introdujo en el siglo XX y también fue la última. Lo que especialmente le dio éxito al normalmente imperturbable Planck, fue que la constante h podía combinarse con otras constantes fundamentales (la velocidad de la luz, c, y la constante gravitacional, G) para permitir medidas absolutas de la energía, el tiempo y longitud. Hoy en día los cosmólogos, cuando estudian los inicios del Universo, rutinariamente las están usando al buscar los límites de sus teorías.

Planck, siempre escéptico de las revoluciones, prefería pensar que la ciencia iba produciendo cambios graduales o evoluciones. Cualquiera que haya sido su pensamiento, su contribución científica justifica plenamente que sea recordado como uno de los grandes científicos de la historia de la Humanidad.

* Graham Farmelo, es jefe de Comunicación Científica en el Museo de Ciencias de Londres. New Scientist, Diciembre 8, 2000, pág. 42.