Kuantuez (II)

César Tomé

Metalei buruzko bere doktore-tesian (1911), Niels Bohr fisikariak ondorioztatu zuen ezin zirela metalen propietate magnetikoak azaldu fisika klasikoak atomoen eraikuntzaz esaten zuenaren bitartez. Handik gutxira, Manchesterren lanean zebilela Ernest Rutherford fisikariaren laborategian –Rutherfordek eta bere taldeak proposatu berri zuten atomoaren eredu nuklearra–, Bohr atomoen errotiko ezegonkortasun elektro-mekanikoa azal zezakeen teoria bat garatzen hasi zen. Egon ziren ordurako bestelako saiakerak hipotesi kuantikoa atomoei aplikatzeko, baina batek ere ez zuen behar bezala azaltzen atomoek izan behar zuten egonkortasunaren zergatia. Azalpena emateko, Bohrek proposatu zuen “egoera geldikor” batzuk existitzen zirela, arau kuantiko jakin batzuek gobernatuak, baina gainerakoan, Bohren ikuspegitik, Rutherforden atomoak lege fisiko klasikoak betetzen zituen.

Mekanikaren legeak, baina, ezin ziren bi egoera geldikor arteko trantsizioan aplikatu. Trantsizioa gertatu bitartean, atomoak hv energia kuantu bat igorri edo xurgatzen zuen, bi egoera horien arteko energia-aldearen adinakoa. Beste era batera esanda, Bohren hipotesian erradiazioa ez zen igortzen (edo xurgatzen) Maxwell-Lorentzen elektrodinamikak esaten duen modu jarraituan.

Bohren postulatuak −hots, atomoari egonkortasuna ematen zioten arau kuantiko horiek− gai ziren hidrogenoaren espektroko erregulartasunak azaltzeko (Balmerren formula esperimentala), baita ioi monoelektrikoen espektrokoak; adibidez, helio He⁺-enak (1913-1914).

Lehen Mundu Gerrak Europa triskatzen zuen bitartean, Arnold Sommerfeld fisikariak Bohren postulatuen aplikazio-eremua hedatzen ziharduen, elektroiaren orbita eliptikoetara ere iristeko −Bohrenak zirkularrak baitziren− eta, gerora, hiru dimentsiotara −Bohren orbitak plano bakarrean zeuden−. Hala, Sommerfeld gai izan zen bikotedun eta hirukotedun espektroak azaltzeko, bai eta Zeeman efektua eta X izpien espektroetako erregulartasunak. Hurrengo urteetan, Atombau und Spektrallinien liburuan (1919) agertu ziren emaitza horiek guztiak. Liburua erreferentzia nagusi bilakatuko zen hurrengo urteetan kuantuei buruz jakin-mina zuten fisikari guztientzat.

1920ko hamarkadaren hasieran, Bohrek taula periodikoaren azalpen fenomenologiko bat osatu zuen, oinarri zuena elektroi anitzeko atomoetako elektroiak Coulomben legeak gobernatutako orbitetan kokatzea. Gerora, fisikari ugari saiatu zen Bohren azalpena justifikatzen, baina, 1925 urte hasierako Wolfgang Pauli fisikariaren esklusio-printzipioak izan ezik, ahalegin horietatik batek ere ez zuen oinarri sendo eta egonkorrik sortu atomoen dinamika azaltzeko. Lan horiek, ordea, probetxugarriak izan ziren, zeren eta argi utzi baitzuten kuantuen teoria berri batek zer gai argitu beharko zituen.

1917an Albert Einsteinek urrats garrantzitsua egin zuen beste mekanika horren norabidean. Artean erradiazioa korpuskulu ikuspuntu batetik azaltzeko ideian buru-belarri sartuta zegoela, kalkulu berriak egiteari ekin zion, jakiteko zenbateko probabilitatea zegoen atomo batek berezko erradiazioa igortzeko egoera geldikor batetik besterako trantsizioan. Hala, erradiazioaren teoria kuantikoaren oinarria ezarri zuen, eta, horrek, bere aldetik, testuingurua sortu zuen laserra garatzeko lehen urratserako. 1924an, berriz, Satyendra Nath Bose fisikariaren artikulu batek erraz eratortzen zuen Plancken legea printzipio estatistiko berrietatik abiatuta. Artikulu hori Albert Einsteinek berak itzuli zuen alemanera, eta bere aldeko iruzkin bat argitaratu zuen, «Plancken Legea eta Argi-Kuantuen Hipotesia» zeritzona.

1923an, Arthur Compton fisikariaren esperimentuetatik abiatuta, X izpiak hv energiadun eta hv/c momentudun partikulak bailiran jokatzen zutela ondorioztatu zen (bertan, c da argiak hutsean duen abiadura). Emaitza horien argitan, Einsteinek esan zuen: «argiaren bi teoria daude, biak ezinbestekoak… baina elkarrekiko konexio logikorik gabeak». Teoria korpuskularrak atomoen propietate optikoak azaltzen zituen; uhin-teoriak, aldiz, efektu makroskopikoen propietate optikoak. Hogeiko hamarkadaren hasieran erabatekoa zen nahasmendua.

Egileaz:

Cesár Tomé López (@EDocet) zientzia dibulgatzailea da eta Mapping Ignorance eta Cuaderno de Cultura Cientifica blogen editorea.

Itzulpena:

Lamia Filali-Mouncef Lazkano

Hizkuntza-begiralea:

Xabier Bilbao

Kuantuei buruz idatzitako artikulu-sorta:

• Kuantuez (I)
• Kuantuez (II)
• Kuantuez (eta III)