Max Planck no era sólo un físico. Él fue el tipo que rompió el libro de reglas. Nacido en Kiel, Alemania, en 1858, creció hasta originar la teoría cuántica. Ese único logro le valió el Premio Nobel de Física en 1918. También cambió toda la trayectoria de la comprensión humana.
Antes de Planck, pensábamos que sabíamos cómo funcionaba la materia. No lo hicimos. Su trabajo, junto con la relatividad de Einstein, formó la columna vertebral de la ciencia del siglo XX. Estos no son sólo conceptos abstractos. Son la razón por la que tenemos la electrónica moderna, la energía nuclear y los dispositivos digitales que probablemente tengas ahora mismo. Planck nos obligó a admitir que el mundo en su escala más pequeña no sigue las reglas que vemos en la vida diaria.
Una vida de música y montañas
Los primeros años de Planck estuvieron definidos por orden. Fue el sexto hijo de un distinguido jurista. La familia valoraba la erudición, la confiabilidad y una profunda devoción a la iglesia y al estado. Estos valores se quedaron con él.
A los nueve años la familia se mudó a Munich. Allí, un profesor llamado Hermann Müller despertó el interés por la física y las matemáticas. Pero Planck era bueno en todo. A los diecisiete años tuvo que elegir un camino. Podría haber estudiado filología clásica. Podría haber perseguido la música. Eligió la física. ¿Por qué? Porque se dio cuenta de que ahí estaba su originalidad.
Sin embargo, la música nunca lo abandonó. Tenía tono absoluto. Tocaba el piano a diario. Schubert y Brahms fueron su consuelo. Encontró serenidad frente al teclado.
También amaba el aire libre. Largas caminatas. Caminatas por la montaña. Lo hizo hasta bien entrada la vejez. Lo mantuvo castigado.
El camino solitario hacia la brillantez
La universidad no fue fácil para él. Entró en Munich en 1874. El profesor de física Philipp von Jolly le ofreció poco estímulo. Pasó un año en Berlín de 1877 a 1878. Las conferencias de gigantes como Helmholtz y Kirchhoff no lo impresionaron.
No esperó a que un maestro lo salvara. Estudió de forma independiente. Profundizó en el trabajo de Rudolf Clausius sobre termodinámica. Ahí es donde vino el foco.
Obtuvo su doctorado en julio de 1879. Tenía veintiún años. Eso es joven para cualquier título, y mucho menos para un doctorado en física teórica. Al año siguiente, completó su tesis de calificación. Se convirtió en Privatdozent, profesor.
Las conexiones ayudaron más tarde. La red profesional de su padre le aseguró una cátedra asociada en la Universidad de Kiel en 1885. Luego, en 1889, Kirchhoff murió. Planck ocupó su lugar en la Universidad de Berlín. Finalmente encontró un mentor en Helmholtz.
En 1892, era profesor titular. Permaneció en Berlín el resto de su vida activa. Sólo tuvo nueve estudiantes de doctorado. ¿Pero sus conferencias? Eran legendarios. Pasaron por muchas ediciones e influyeron en innumerables mentes.
La búsqueda de la verdad absoluta
¿Por qué lo hizo? No fue sólo por la fama. Planck creía en algo profundo. Escribió que el razonamiento humano refleja las leyes de las impresiones que recibimos del mundo. Pensó que el razonamiento puro podría desbloquear el mecanismo del universo.
Decidió convertirse en físico teórico incluso antes de que el campo existiera como una disciplina distinta. Vio la búsqueda de las leyes físicas como la búsqueda de algo absoluto. Para él, el mundo exterior era independiente del hombre.
“La búsqueda de las leyes que se aplican a este absoluto apareció… como la búsqueda científica más sublime de la vida.”
Esa creencia lo impulsó. Lo llevó a desafiar el status quo. Esto lo llevó a proponer que la energía no es continua. Viene en trozos. Cuantos.
Esta idea parecía pequeña al principio. Sólo una solución matemática para un problema con la radiación del cuerpo negro. Pero abrió una puerta. Una puerta por la que todavía estamos caminando.
Las implicaciones están en todas partes. Si se cuantifica la energía, los átomos se comportan de manera diferente a lo que Newton imaginaba. Los electrones no orbitan como los planetas. Saltan. Existen en probabilidades. Esto no es sólo teoría. Es la base del transistor. El láser. El escáner de resonancia magnética.
Planck murió en Göttingen en 1947. Pero la estructura que construyó permanece. Vivimos en un mundo cuántico. Simplemente no siempre lo vemos.
¿Por qué seguimos confiando en su salto inicial? Porque cada vez que superamos los límites de la tecnología, chocamos contra el mismo muro. El muro que ayudó a construir. La pregunta no es si su teoría es correcta. Se trata de hasta dónde podemos llegar antes de que el próximo descubrimiento destruya lo que creemos saber. Y ese descubrimiento ya está esperando.
La búsqueda de una ley absoluta
La relación de Max Planck con las leyes de la física comenzó en el aula. Ya siendo estudiante en el Gymnasium, le llamó la atención una certeza específica: la conservación de la energía. La primera ley de la termodinámica parecía inquebrantable. Cuando llegó a la universidad, sentía lo mismo acerca de la segunda ley. La entropía siempre aumentó. Fue absoluto.
Esta creencia impulsó su tesis doctoral en Munich. También le llevó directamente al descubrimiento del cuanto de acción. Ahora la llamamos constante de Planck h. Era el año 1900.
Para entender cómo llegó allí, hay que observar el problema del cuerpo negro. Gustav Kirchhoff definió este objeto en 1859. Un cuerpo negro absorbe toda la radiación que incide sobre él. Emite todo de vuelta. Es un perfecto emisor y absorbente. Hay algo rígido y absoluto en su comportamiento.
En la década de 1890, los científicos estaban obsesionados con mapear este comportamiento. Querían la distribución de energía espectral. Necesitaban una curva que mostrara cuánta energía emite un cuerpo negro a diferentes frecuencias para una temperatura determinada. Era un rompecabezas de calor radiante.
La ley de Viena fracasa
Planck se apoyó en gran medida en el trabajo de Wilhelm Wien. Wien, que trabajaba en el Physikalisch-Technische Reichsanstalt (PTR) en Berlín-Charlottenburg, había elaborado una fórmula en 1896. Era elegante. Planck intentó derivarlo de la segunda ley de la termodinámica. Pensó que podría demostrar que era fundamental.
No funcionó.
Los datos de los colegas de Planck en el PTR contaban una historia diferente. Otto Richard Lummer. Ernst Pringsheim. Enrique Rubens. Fernando Kurlbaum. Estos experimentadores tenían medidas precisas. Demostraron que la ley de Wien funcionaba bien en altas frecuencias. Falló completamente en bajas frecuencias.
La curva estaba mal. La teoría estaba incompleta. Planck lo sabía antes de una reunión de la Sociedad Alemana de Física el 19 de octubre.
La apuesta matemática
Tenía un problema que resolver. Conocía la relación matemática entre entropía y energía para la región de alta frecuencia. La ley de Viena se cumplió allí. Pero también sabía cuál tenía que ser la relación en la región de baja frecuencia para que coincidiera con los nuevos datos experimentales.
Dos verdades diferentes. Una realidad física.
Necesitaba cerrar la brecha. El desafío era simple en concepto pero difícil en ejecución. Tenía que combinar estas dos expresiones de la forma más sencilla posible. Necesitaba una fórmula única.
Tenía que relacionar la energía de la radiación directamente con su frecuencia.
“Planck supuso que debería intentar combinar estas dos expresiones de la forma más sencilla posible.”
No se limitó a modificar el modelo existente. Construyó uno nuevo. Tomó el límite de alta frecuencia y el límite de baja frecuencia y los obligó a hablar el mismo idioma. El resultado fue una fórmula que se ajustaba a los datos de todo el espectro.
Esto no fue sólo un ajuste de curvas. Fue un cambio estructural en la forma de entender la energía. Las matemáticas requerían una unidad discreta. Un trozo. Un cuanto.
La constante surgió de la ecuación. h.
Cambió todo.
El revolucionario reacio y el nacimiento de Quanta
Max Planck miró fijamente su ecuación y vio un milagro. Para la comunidad científica, la ley de radiación de Planck era indiscutible. Se ajusta perfectamente a los datos. Pero dentro de su cabeza, era sólo una suposición. Una intuición afortunada. Para que la física se lo tomara en serio, Planck necesitaba demostrar que no fue una casualidad. Tuvo que derivarlo de los primeros principios.
El 14 de diciembre de 1900 lo había hecho. El costo fue elevado.
Para que las matemáticas funcionaran, Planck tuvo que acabar con su creencia más preciada. Siempre había sostenido que la segunda ley de la termodinámica era una regla absoluta e inquebrantable de la naturaleza. Ahora tuvo que adoptar la controvertida interpretación de Ludwig Boltzmann: la segunda ley es estadística. Se trata de probabilidades, no de certezas.
Peor aún, tuvo que asumir que la energía no fluía como el agua. Llegó en trozos. Planck propuso que los osciladores de un cuerpo negro sólo podían absorber y reemitir energía en cantidades discretas. Cuantos. Cada paquete de energía (h ν) era proporcional a su frecuencia. Al distribuir estadísticamente estos paquetes discretos entre todos los osciladores, finalmente derivó la fórmula con la que se había topado dos meses antes.
Las implicaciones eran asombrosas. Usó su nueva fórmula para calcular constantes fundamentales. Su valor para h (constante de Planck) era 6,55 × 10⁻²⁷ ergio-segundo. Cerca del moderno 6.626 × 10⁻²⁷. También precisó la constante de Boltzmann, el número de Avogadro y la carga del electrón.
Un número lo cambió todo. h no era cero. Era pequeño, pero existía.
Esto significaba que el mundo microscópico no podía describirse mediante la mecánica clásica. El mundo fluido y continuo de Newton era una mentira a escala atómica. Una revolución estaba en marcha.
Einstein da un paso hacia el vacío
El concepto de cuantos de Planck chocaba con toda la física establecida. No quería romper las reglas. La lógica lo obligó a hacerlo. Los historiadores lo llaman un revolucionario reacio. Todavía no vio la imagen completa.
Pasaron años hasta que se asimilaron las consecuencias. Albert Einstein hizo el trabajo pesado.
En 1905, Einstein argumentó que la luz misma estaba formada por cuantos. Los llamó cuantos de luz. Ahora los llamamos fotones. No le importaba que Planck pensara que la absorción de energía estaba cuantificada pero que la emisión aún podría ser continua. Einstein fue más allá. Sugirió que la radiación en sí era granular.
En 1907, Einstein demostró la generalidad de la hipótesis. Lo utilizó para explicar por qué los calores específicos de los sólidos cambiaban con la temperatura. La física clásica fracasó allí. La teoría cuántica funcionó.
Luego llegó 1909. Einstein introdujo la dualidad onda-partícula en el discurso dominante. La materia y la energía no eran sólo una cosa o la otra. Eran ambos.
La Conferencia Solvay y el punto de inflexión
Octubre de 1911. Bruselas. La primera conferencia de Solvay.
Planck y Einstein estaban allí. También lo eran los escépticos. Los debates fueron intensos. Presionaron a Henri Poincaré para que encontrara una prueba matemática. Él cumplió. Demostró que la ley de radiación de Planck necesariamente requería la introducción de cuantos.
La prueba hizo cambiar de opinión. James Jeans, un físico clásico acérrimo, finalmente se unió al campo cuántico. La presa se rompió.
Niels Bohr aumentó el impulso en 1913. Su teoría cuántica del átomo de hidrógeno proporcionó la prueba estructural de que los átomos no eran sólo pequeños sistemas solares. Eran sistemas cuantificados.
Irónicamente, Planck fue uno de los últimos que se resistió. Luchó por volver a la teoría clásica. No lo hizo por malicia o ignorancia. Lo hizo para poner a prueba la nueva idea. Al luchar con tanta fuerza, se convenció de su necesidad.
La oposición a la hipótesis cuántica de la luz de Einstein de 1905 persistió. Muchos se negaron a aceptar que la luz estaba hecha de partículas. Esperaron una prueba definitiva. Lo consiguieron con el efecto Compton en 1922.
El viejo mundo había desaparecido. El nuevo era confuso, contradictorio e innegablemente real. Todavía vivimos dentro de la ecuación que Planck tenía demasiado miedo de creer.
El peso de la autoridad en un mundo cada vez más oscuro
Max Planck tenía 42 años cuando cambió la física para siempre. El descubrimiento de 1900 que le valió el Premio Nobel de 1918 no condujo a más avances trascendentales. No dejó de contribuir. Continuó trabajando a un alto nivel en óptica, termodinámica, mecánica estadística y química física. También fue el primer físico de renombre que respaldó públicamente la relatividad especial de Einstein en 1905.
“La velocidad de la luz es para la Teoría de la Relatividad… lo que el cuanto elemental de acción es para la Teoría Cuántica; es su núcleo absoluto.”
Esto no fue sólo un apoyo cortés. Planck comprendió el ADN estructural de ambas teorías. En 1914, él y Walther Hermann Nernst habían reclutado con éxito a Einstein para Berlín. Después de la Primera Guerra Mundial, Max von Laue, el alumno favorito de Planck, también se unió a él. Cuando Planck se jubiló en 1928, Erwin Schrödinger ocupó su puesto. Por un breve momento, Berlín fue la capital indiscutible de la física teórica. Entonces cayó la noche en enero de 1933.
La batalla por la realidad objetiva
Después de su jubilación, el enfoque de Planck cambió. Escribió menos sobre ecuaciones y más sobre filosofía, estética y religión. Chocó ferozmente con la nueva ortodoxia cuántica. Bohr, Born y Heisenberg estaban construyendo una visión estadística e indeterminista del universo. Planck lo odiaba. Violó sus intuiciones más profundas.
Creía que el universo físico existía independientemente de la observación humana. El observador y lo observado no estaban inextricablemente vinculados. Esta no fue solo una preferencia académica. Era una postura moral sobre cómo funciona la realidad.
Su influencia no fue sólo teórica. Como secretario permanente de la Academia Prusiana de Ciencias de 1912 a 1938 y presidente de la Sociedad Kaiser Wilhelm (ahora Sociedad Max Planck) de 1930 a 1937, ostentó un inmenso poder. Pero su autoridad no procedía de los títulos. Provino de la fuerza moral. Su imparcialidad e integridad eran incuestionables entre los físicos alemanes.
Cuando los nazis se levantaron, Planck no huyó. Se dirigió directamente a Hitler para intentar revertir las políticas raciales. Se quedó en Alemania para salvar lo que pudiera de la física alemana. Un hombre diferente podría haberse ido. La voluntad de Planck era indomable.
La tragedia como motor de la resistencia
Planck necesitaba ese estoicismo. Sin una profunda convicción filosófica y religiosa, se habría quebrado mucho antes del fin. Las tragedias comenzaron temprano.
En 1909, su primera esposa, Marie Merck, murió tras 22 años de matrimonio. Era hija de un banquero de Munich. Planck se quedó con dos hijos y dos hijas gemelas. El hijo mayor, Karl, murió en combate en 1916. Al año siguiente, su hija Margarete murió al dar a luz. En 1919, su otra hija, Emma, corrió la misma suerte.
La Segunda Guerra Mundial asestó los golpes finales. Su casa en Berlín fue destruida por bombas en 1944. Su hijo menor, Erwin, estuvo implicado en el intento de asesinato de Hitler el 20 de julio de 1944. La Gestapo lo ejecutó a principios de 1945. Ese acto despiadado destruyó la voluntad de vivir de Planck.
Al final de la guerra, los oficiales estadounidenses llevaron a Planck y a su segunda esposa, Marga von Hoesslin (casada en 1910, con quien tuvo un hijo), a Gotinga. Murió allí en 1947. Tenía 89 años. James Franck describió la muerte como algo que le llegó “como una redención”.
No fue una derrota. Era una salida de un mundo que le había roto el corazón y su hogar. La ciencia permaneció. La cantidad de acción perduró. Pero el hombre que defendió la realidad objetiva contra el caos de su tiempo finalmente encontró su propia forma de equilibrio. Las ecuaciones siguen ahí. La tragedia ya forma parte del expediente.
