Max Planck, un físico alemán, es mejor conocido como el creador de la teoría cuántica de la energía por la que recibió el Premio Nobel en 1918. Su trabajo contribuyó significativamente a la comprensión de los procesos atómicos y subatómicos.
La teoría cuántica fue inicialmente concebida como un intento de explicar el espectro de energía de un cuerpo negro, un objeto físico idealizado que absorbe toda la radiación incidente antes de volver a emitirla. Según la física clásica, a una temperatura fija, la energía emitida debería aumentar, sin límite, con la frecuencia de la onda radiante emitida. Sin embargo, los experimentos contradecían esta predicción clásica. Fue Max Planck quien resolvió la paradoja introduciendo el concepto de quanta en 1900. Esencialmente, Planck postuló que la radiación solo podía ser emitida en unidades discretas, o quanta, de energía. Esta suposición aparentemente simple pero radical implicaba que los modos de frecuencia más alta eran menos probables de ser excitados por lo que su energía promedio disminuiría con la frecuencia. Más tarde se observó que las líneas espectrales discretas de los átomos, que representan las transiciones entre los niveles estables de energía atómica, no podían explicarse por la teoría clásica del electromagnetismo, ya que los electrones (partículas cargadas negativamente que componen el átomo) caerían en espiral hacia el núcleo, haciendo que el átomo y, por lo tanto, toda la materia se volviese inestable. Fue Niels Bohr quien resolvió este rompecabezas en 1913 extendiendo las ideas iniciales de Planck sobre la cuantización a otras magnitudes dinámicas como el momento angular, la propiedad que caracteriza la inercia rotatoria de un objeto físico, obligando así a los electrones a moverse en órbitas particulares bien definidas.
Planck nació en Kiel, Alemania, en 1858. A la edad de nueve años ingresó al famoso Maximilian Gymnasium en Munich, donde desarrolló un interés en la física y las matemáticas. Era un músico talentoso, pero decidió seguir una carrera en física. Cuando Planck tenía solo dieciséis años ingresó en la Universidad de Munich. También pasó un tiempo estudiando en la Universidad de Berlín, y a la edad de 21 años obtuvo un doctorado basado en su trabajo en termodinámica, el estudio del calor y la energía. Se convirtió en profesor en la Universidad de Munich y finalmente se convirtió en profesor titular de física teórica en la Universidad de Berlín.
El trabajo de Planck en termodinámica condujo a las formulaciones de su teoría cuántica. Para explicar los colores de la materia que brilla intensamente caliente, propuso que la energía se irradie en cantidades o paquetes cuantificados muy pequeños y discretos, en lugar de en una onda continua continua. Planck llamó a los paquetes de cuantos de energía y pudo determinar que la energía de cada cuanto es igual a la frecuencia de la radiación multiplicada por una constante universal que obtuvo, ahora conocida como la constante de Planck. Este número, expresado en términos de erg-segundos, mide la energía de un cuanto individual. Un erg es la cantidad de energía necesaria para elevar un miligramo de masa a una distancia de 1 centímetro. Constante de Planck, expresada por la variable hen ecuaciones, es aproximadamente 6.63 x 10 (E-27) erg-second. La constante de Planck se ha convertido en una de las constantes básicas de la física. Se utiliza para describir el comportamiento de partículas y ondas a escala atómica.
Aunque estas ideas iniciales eran fundamentales, cada vez estaba más claro que algo profundo ocurría en el micro-mundo y aún no se había descubierto. Fue entonces el momento de dos científicos notables, Werner Heisenberg (1925) y Erwin Schrödinger (1926), que independientemente introdujeron formulaciones equivalentes de una nueva mecánica de ondas, más tarde conocida como teoría cuántica no relativista. Un aspecto revolucionario clave de esta nueva mecánica de ondas era que las condiciones externas al sistema y un aparato de medición podían determinar si un sistema físico se comporta como una partícula o una onda. Para capturar esta dualidad llamada onda-partícula, el sistema no podía ser simplemente especificado por su posición y velocidad, sino por un objeto matemático llamado función de onda, un catálogo de potencialidades. El carácter de onda de esta función de estado conduce naturalmente al fenómeno de la interferencia, algo observado normalmente en ondas ordinarias que se manifiestan en la luz o el agua.
Sin embargo, en la mecánica cuántica este fenómeno se manifiesta espectacularmente como resultado de la medición de un conjunto de partículas cuánticas igualmente preparadas que inciden, por ejemplo, en una pantalla con doble rendija. Lo que es más importante, esta manera particular de caracterizar el estado de un sistema implicaba una descripción probabilística de la naturaleza, una salida dramática de los sueños de Pierre-Simon Laplace (1814) de una descripción completamente determinista de nuestra realidad externa. En consecuencia, la medición simultánea de dos propiedades complementarias del sistema, como la posición y el momento de un electrón, está sujeta a imprecisión; cuanto más precisamente tratamos de medir una de esas propiedades, menos precisa es la otra, algo conocido popularmente como el principio de incertidumbre.
En 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky y Nathan Rosen sugirieron un experimento mental con consecuencias asombrosas. Se dieron cuenta de que un estado de un sistema cuántico compuesto no está necesariamente determinado por los estados de sus subsistemas constituyentes. Esta es una característica clave de los fenómenos cuánticos que más tarde Schrödinger denominó entrelazamiento, un recurso único que proporciona correlaciones no locales entre subsistemas que no admiten ninguna interpretación clásica local. Es esta no localidad lo que es difícil de comprender (y de hecho estaba en el centro de una serie de controversias que Einstein expresó con la teoría cuántica), pero en las últimas décadas los avances en la óptica moderna han hecho posible producir rutinariamente estados entrelazados de fotones (partículas de luz) usando láseres y las propiedades ópticas no lineales de ciertos cristales. Utilizando estas técnicas, muchos investigadores han podido confirmar las predicciones de la mecánica cuántica (y refutar teorías alternativas que involucran "variables ocultas" las cuales expresan la aleatoriedad cuántica en términos de elementos desconocidos de la aparente realidad externa).