Catástrofe Ultravioleta
Cuerpo oscuro
Justamente se dice "negro" porque no refleja.
Pero puede brillar... ¡mucho!
Porque emite muy bien la radiación.
El Sol es un cuerpo negro casi perfecto.
¿Qué pasa cuando calentamos la varilla?
Absorbe la energía y se calienta.
Emite radiación y la vemos brillar.
Primero un rojo opaco, luego más y más brillante hasta que se pone
candente.
¿Por qué el cambio de color?
Esto se debe a que el resplandor cubre cada vez más longitudes de onda inferiores.
En la siguiente gráfica vemos cuánta radiación se emite a tres temperaturas diferentes. Primero veamos las curvas "reales":
- A 3000 K (3000 grados Kelvin, aproximadamente 2700 °C) hay mucha radiación infrarroja (se sentiría calor irradiando de ella) y solo un poco de la parte roja de la radiación visible, por lo que brilla de color rojo opaco.
- A 4000 K hay mucha más radiación visible en la parte roja, y algo en naranja y amarillo, brillará en rojo/naranja brillante.
- A 5000 K hay mucha radiación en todo el espectro visible y, dado que todos los colores se combinan para formar el blanco, se verá blanco candente.
La región externa del Sol tiene un promedio de 5780 K, por lo que parece blanca cuando se ve en el espacio (pero puede ser desde amarillo a rojo cuando se ve a través de nuestra atmósfera).
¡Es interesante que nuestros ojos vean radiación precisamente en ese rango!
Ultravioleta
La luz ultravioleta es la que produce el bronceado o la quemadura solar cuando te expones a la luz solar.
Las longitudes de onda más cortas tienen mayor frecuencia y mayor energía:
La energía está directamente relacionada con la frecuencia:
E = hf
- E es la energía
- h es la "Constante de Planck", igual a 6.62607015×10−34 J/Hz
- f es la frecuencia
A mayor frecuencia, mayor energía.
Con ese hecho, y con el cuerpo negro libre para irradiar en todas las longitudes de onda, deberíamos obtener la curva "Teórica" (la escala de la gráfica ahora es diferente):
Debería haber una gran cantidad de luz ultravioleta. No podríamos existir en un universo así.
Afortunadamente, obtenemos la curva "real", ¡con sólo un poco de ultravioleta! ¿Pero por qué?
Esto desconcertó a la gente durante años y se le llamó la catástrofe ultravioleta.
Max Planck
Pero entonces, un físico llamado Max Planck propuso una idea
revolucionaria: que la energía no fluye de forma fluida, sino que se
distribuye en "paquetes" discretos llamados cuantos. ¡Este concepto
fue revolucionario!
Albert Einstein se basó en la teoría de Planck y la desarrolló hasta
convertirla en una solución integral que cambió nuestra comprensión de
la física:
Esto se debe a que la energía viene en pequeños paquetes, llamados "quanta".
Los "quanta" también se escriben como "cuanta". En singular se usan los términos "cuanto", "cuantio" o "quantum", que significa cantidad.
Los quanta de mayor frecuencia tienen más energía, ¿verdad?
Pero es más probable que la energía se emita en muchos quanta de baja energía (como los infrarrojos) que en un único quantum de alta energía (como los rayos UV).
Así como es más común encontrar muchos granos de arena,
varias piedras pequeñas y solo unas pocas grandes.
Entonces obtenemos algo así (solo ilustración):
Aquí tenemos solo un quantum de UV,
algunos quanta de luz visible y muchos quanta de IR.
Tal como mantener tu casa limpia: muchas limpiezas ligeras, algunas limpiezas medianas y en ocasiones una limpieza realmente profunda.
Por tanto, los niveles altos de energía, como el ultravioleta, son simplemente más raros.
¡Problema resuelto!
Y se creó un campo de estudio completamente nuevo: ¡la Física
Cuántica!
