¿Qué es la constante de Planck?

Actualizado el 11 enero, 2023

La constante de Planck (h), llamada así por el por el físico alemán Dr. Max Planck, uno de los padres de dicha teoría y ganador del premio Nobel de Física en 1918, es una constante física que desempeña un papel central en la teoría de la mecánica cuántica, la rama de la física que se ocupa de las pequeñas partículas que forman la materia y las fuerzas involucradas en sus interacciones.

El mundo invisible de lo ultra pequeño

Planck y otros físicos a finales del siglo XIX y principios del siglo XX intentaban comprender la diferencia entre la mecánica clásica, es decir, el movimiento de los cuerpos en el mundo observable que nos rodea, descrito por Sir Isaac Newton a fines del siglo XVII, y el mundo invisible del ultra pequeño, donde la energía se comporta de alguna manera como una onda y de alguna manera como una partícula, también conocida como fotón.

«En mecánica cuántica, la física funciona de manera diferente a nuestras experiencias en el mundo macroscópico», explica Stephan Schlamminger, físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. Como explicación, cita el ejemplo de un oscilador armónico familiar, un niño en un columpio.

«En mecánica clásica, el niño puede estar a cualquier amplitud (altura) en el camino del columpio», dice Schlamminger. «La energía que tiene el sistema es proporcional al cuadrado de la amplitud. Por lo tanto, el niño puede balancearse en cualquier rango continuo de energías desde cero hasta cierto punto».

Pero cuando llegas al nivel de la mecánica cuántica, las cosas se comportan de manera diferente. «La cantidad de energía que podría tener un oscilador es discreta, como peldaños en una escalera», dice Schlamminger. «Los niveles de energía están separados por h veces f, donde f es la frecuencia del fotón, una partícula de luz, que un electrón liberaría o absorbería para pasar de un nivel de energía a otro».

La constante de Planck define la cantidad de energía que puede transportar un fotón, de acuerdo con la frecuencia de la onda en la que viaja.

La radiación electromagnética y las partículas elementales «muestran intrínsecamente las propiedades de las partículas y las ondas», explica Fred Cooper, profesor externo del Instituto Santa Fe. «La constante fundamental que conecta estos dos aspectos de estas entidades es la constante de Planck. La energía electromagnética no se puede transferir de forma continua, sino que se transfiere por fotones discretos de luz cuya energía E viene dada por E = hf, donde h es la constante de Planck y f es la frecuencia de la luz».

Una constante ligeramente cambiante

Una de las cosas confusas para los no científicos sobre la constante de Planck es que el valor que se le ha asignado ha cambiado en pequeñas cantidades con el tiempo. En 1985, el valor aceptado era h = 6.626176 x 10^-34 J·s (julios-segundo). El cálculo actual, realizado en 2018, es h = 6.62607015 x 10^-34 J·s.

«Si bien estas constantes fundamentales se fijan en la estructura del universo, los humanos no conocemos sus valores exactos», explica Schlamminger. «Tenemos que construir experimentos para medir estas constantes fundamentales de la mejor manera posible para la humanidad. Nuestro conocimiento proviene de unos pocos experimentos que se promediaron para producir un valor medio para la constante de Planck».

Para medir la constante de Planck, los científicos han utilizado dos experimentos diferentes: la balanza de Kibble y el método de densidad de cristal de rayos X (XRCD), y con el tiempo, han desarrollado una mejor comprensión de cómo obtener un número más preciso. «Cuando se publica un nuevo número, los investigadores presentan su mejor número, así como su mejor cálculo de la incertidumbre en su medición», dice Schlamminger. «El valor verdadero, pero desconocido de la constante, debería estar en el intervalo de más / menos la incertidumbre alrededor del número publicado, con una cierta probabilidad estadística». En este punto, «estamos seguros de que el verdadero valor no está muy lejos. La balanza de Kibble y el método XRCD son tan diferentes que sería una gran coincidencia que ambas formas coincidan tan bien por casualidad».

Esa pequeña imprecisión en los cálculos de los científicos no es un gran problema en el esquema de las cosas, pero si la constante de Planck fuera un número significativamente mayor o menor, «todo el mundo que nos rodea sería completamente diferente», explica Martin Fraas, profesor asistente de matemáticas en Virginia Tech. Si se aumentara el valor de la constante, por ejemplo, los átomos estables podrían ser muchas veces más grandes que las estrellas.

El tamaño de un kilogramo, que entró en vigor el 20 de mayo de 2019, según lo acordado por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (acrónimo en francés BIPM) ahora se basa en la constante de Planck.

Fuente: How Stuff Works