¿Es la ciencia un fin en sí mismo? Esta pregunta debe responderse afirmativa y negativamente con la misma decisión, dependiendo de cómo se la interprete.Fil: Pringe, Hernan Bruno. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Pringe, Hernan Bruno

Scientiae Studia

Spanish

CONICET Digital

211Das Komptonsche Experiment [El experimento de Compton]scientiæ zudia, São Paulo, v. 11, n. 1, p. 211-19, 2013Albert Einstein (1897-1955)scientiæ zudia, São Paulo, v. 11, n. 1, p. 211-19, 2013Das Komptonsche ExperimentIst die Wissenschaft um ihrer selbst willen da?El experimento de Compton¿Es la ciencia un fin en sí mismo?213Das Komptonsche Experiment [El experimento de Compton]scientiæ zudia, São Paulo, v. 11, n. 1, p. 211-19, 2013¿Es la ciencia un fin en sí mismo? Esta pregunta debe responderse afirmativa y negati-vamente con la misma decisión, dependiendo de cómo se la interprete. El investiga-dor debe servir a la ciencia como un fin en sí, sin consideración de resultados prácti-cos. De otro modo, la ciencia se atrofiaría, en tanto perdería de vista el contexto mayor.Tampoco cumpliría con su gran tarea educativa, que consiste en despertar y mantenerespabilado en la gente el afán de conocimiento causal. Esta gran tarea de ser guardianade uno de los más valiosos ideales de la humanidad, muestra también, sin embargo,hasta qué punto la ciencia no debe ser un fin en sí mismo. El conjunto de los investiga-dores es comparable a un órgano del cuerpo de la humanidad, órgano que es alimenta-do con la sangre de ésta y que produce una secreción vital que debe llegar a todas laspartes del cuerpo, si es que éste no ha de atrofiarse. Con esto, no debe entenderse quecada persona debe ser abarrotada con erudición y saber detallado, tal como lamenta-blemente sucede a menudo, hasta el hastío, en las escuelas. Tampoco puede ser, deningún modo, el gran público quien deba tomar decisiones en cuestiones científicas.Pero a cada hombre pensante se le debe dar la oportunidad de participar como espec-tador de los grandes problemas científicos de su tiempo, aun cuando su posición socialno le permita dedicarle a la reflexión sobre cuestiones teóricas una parte considerablede su tiempo y de sus fuerzas. Sólo cumpliendo también con esa importante tarea, laciencia adquiere, desde el punto de vista social, el derecho a la existencia.Desde esa perspectiva, deseo a continuación informar acerca de un importanteexperimento concerniente a la luz, o a la radiación electromagnética, que fue llevado acabo alrededor de un año atrás por el físico estadounidense [Arthur] Compton. Para reco-nocer plenamente la significación de ese experimento, debemos tener presente la situa-ción sumamente curiosa en la que la teoría de la radiación se encuentra en el momento.Hasta bien entrada la primera mitad del siglo XIX, la óptica se ocupaba princi-palmente de la reflexión y la refracción de la luz (espejos cóncavos, sistemas de len-tes). Hasta entonces los científicos adherían en lo principal a la teoría newtoniana dela luz: teoría corpuscular o de la emisión de la luz. Según ésta, la luz debía consistir encorpúsculos que, en un medio homogéneo, se mueven en línea recta y uniformemen-te, pero que en las superficies [que limitan el medio] sufren en general un cambio sú-bito de dirección. Mediante el empleo de esa idea básica, se consiguió una teoría bas-tante completa de casi todos los fenómenos conocidos hasta ese momento, en particular,de aquellos referidos al telescopio y al microscopio.Sin embargo, hace unos cien años, cuando se conocieron mejor los fenómenosde interferencia y difracción (así como la polarización de la luz), resultó necesario re-emplazar la suposición fundamental de Newton acerca de la naturaleza de la luz por la215Das Komptonsche Experiment [El experimento de Compton]scientiæ zudia, São Paulo, v. 11, n. 1, p. 211-19, 2013radicalmente distinta teoría ondulatoria, que ya había sido propuesta por Huygensaproximadamente un siglo y medio antes. De acuerdo con esa teoría, la luz debía con-sistir en ondas elásticas, que se propagan en todas direcciones a través del espacio (odel éter), tal como lo hacen en dos dimensiones las ondas superficiales del agua a par-tir de un punto en el que se hace oscilar a esa superficie. Sólo con esa teoría se pudoexplicar por qué un rayo de luz se propaga en todas direcciones luego de haber pasado através de un orificio muy estrecho. Sólo ella está en condiciones de explicar cómo esque, en el caso de fenómenos de interferencia y difracción, en medio de una porciónde espacio inundada de luz, hay lugares oscuros, o bien cómo es que varios haces de luzpueden localmente cancelar sus efectos. Esa teoría ondulatoria fue capaz de exponerlos complicados fenómenos de difracción e interferencia con una precisión verdade-ramente astronómica, de modo que la convicción de su corrección se tornó rápida-mente inconmovible.La teoría ondulatoria sufrió una modificación y, a la vez, obtuvo una fundamenta-ción aún más sólida mediante las investigaciones de Faraday y Maxwell, conforme a lascuales el campo ondulatorio de la luz fue despojado de su carácter mecánico. La teoríade Maxwell de la electricidad y del magnetismo abarca a la vez la teoría ondulatoria dela luz, sin modificar nada de su contenido formal. Al mismo tiempo, esa teoría [deMaxwell] establece relaciones cuantitativas entre el comportamiento óptico y el com-portamiento eléctrico del espacio vacío así como de los cuerpos ponderables y reduceel número de hipótesis mutuamente independientes en las que se basa la óptica on-dulatoria. Con ello, hacia fines de siglo la física parecía poseer una base eterna sobre laque se esperaba poder fundar todas sus ramas, incluso [las] de la mecánica.Pero resultó ser de otro modo. De los trabajos de Planck sobre la ley de la radia-ción emitida por cuerpos calientes resultó que la teoría [de Maxwell] no era capaz deexplicar dicha ley. Tampoco podía explicarse el siguiente hallazgo de carácter general:que los efectos de la radiación, en lo que se refiere a la cualidad de ellos, no dependende la intensidad de la radiación sino sólo del color de la radiación. Eso es sumamenteparadójico y parece incompatible con la idea básica de la teoría ondulatoria. Imagine-mos olas gigantes generadas en algún lugar del mar abierto, que se propagan en todasdirecciones desde el centro de agitación. Naturalmente las crestas de las olas así gene-radas serán tanto más bajas cuanto más lejos del centro de agitación se hayan propaga-do. Imaginemos ahora barcos de igual tamaño repartidos en esa zona del mar antes deque las olas mencionadas hayan sido generadas. ¿Qué pasará cuando las olas vengan?Los barcos más cercanos al lugar de generación [de las olas] serán tumbados o destrui-dos, pero aquellos suficientemente alejados no sufrirán daño alguno; sólo se meceránlevemente. Ahora bien, uno pensaría que a las moléculas alcanzadas por la radiaciónles sucede algo análogo a lo que les pasa a los barcos alcanzados por las olas del mar.217Das Komptonsche Experiment [El experimento de Compton]scientiæ zudia, São Paulo, v. 11, n. 1, p. 211-19, 2013El que las moléculas sufran una modificación química o no, no sólo debería dependerde la longitud de onda sino también de la intensidad de la radiación efectiva; esto esprecisamente lo que la experiencia no confirma.Ante ese fracaso de la teoría general, se echó mano de la hipótesis de los cuantos deluz. A pesar del respeto general por la teoría ondulatoria, ganó sustento la hipótesis detrabajo que dice que la radiación se comporta en lo que concierne a la energía como siestuviera constituida por proyectiles de energía, cuya cantidad de energía sólo depen-de de la frecuencia (color) de la radiación y es proporcional a ella. La teoría newtonianacorpuscular de la luz renace, aun cuando ella haya fracasado de manera rotunda en elcampo de las propiedades esencialmente geométricas de la luz.Ahora tenemos, por lo tanto, dos teorías de la luz, ambas indispensables, y – talcomo hoy debe admitirse a pesar de veinte años de tremendos esfuerzos de los físicosteóricos – sin conexión lógica [entre sí]. La teoría cuántica ha posibilitado la teoríaatómica de Bohr y ha explicado tantos hechos que ella tiene que tener un gran contenidode verdad. En esa situación, resulta de máxima importancia la pregunta de hasta quépunto se debe atribuir a los corpúsculos de luz o cuantos la propiedad de proyectiles.Un proyectil transmite al blanco alcanzado no sólo energía, sino también im-pulso en su dirección de movimiento. ¿Esto es así también en el caso de los cuantos deluz? Esta pregunta fue respondida afirmativamente hace tiempo en base a considera-ciones teóricas y el experimento de Compton ha probado la corrección de esa presun-ción. Para conocer el verdadero fondo de ese método experimental se debe considerarmás exactamente el mecanismo de un proceso conocido como “dispersión”, en el quese basa, por ejemplo, el color azul del cielo.Si una onda electromagnética impacta una partícula elemental [con carga] eléc-trica (electrón), libre o ligada a un átomo, entonces ésta será puesta en movimientooscilatorio por los campos eléctricos variables de la onda. Debido a ello [la partícula]emitirá por su parte (como una antena de telegrafía inalámbrica), en todas direccio-nes, ondas de la misma frecuencia, cuya energía será tomada de la onda original. Esocausa que la luz sea dispersada (al menos en parte) en todas direcciones a través delmedio iluminado que contiene tales partículas y, por cierto, tanto más fuertementecuanto más corta es la longitud de onda de la onda primaria. Así se interpreta la dis-persión, según la teoría ondulatoria.De acuerdo con la teoría cuántica, el proceso se interpreta de otra manera. Se-gún esa teoría, un cuanto de luz colisiona con el electrón, por lo cual el cuanto de luzcambia su dirección y simultáneamente le imprime al electrón una velocidad. La energíacinética que le es transferida al electrón en esa colisión debe entonces serle sustraídaal cuanto que impacta en él, de modo que al cuanto dispersado le corresponde una ener-219Das Komptonsche Experiment [El experimento de Compton]scientiæ zudia, São Paulo, v. 11, n. 1, p. 211-19, 2013gía menor, por lo tanto, en términos ondulatorios, una frecuencia menor, que la de laradiación incidente.1 Una consideración más precisa muestra que esa pérdida de fre-cuencia de la radiación dispersada es calculable con exactitud. La variación porcentualde frecuencia resulta muy pequeña para la luz visible, pero es muy considerable para laradiación de Röntgen,2 más fuerte, que no es sino luz de longitud de onda muy corta.Compton encontró que la radiación de Röntgen3 dispersada por una materia ade-cuada muestra en efecto la variación de frecuencia exigida por la teoría cuántica (pero nopor la teoría ondulatoria). Eso se explica del siguiente modo: según la teoría deRutherford y Bohr, cada átomo posee un número de electrones que están ligados alátomo tan débilmente que ante la colisión cuántica con la radiación de Röntgen se com-portan como si pudieran moverse libremente. Para la luz dispersada por esos electro-nes, se aplica entonces la consideración hecha más arriba. El resultado positivo delexperimento de Compton prueba que, no sólo respecto de la transferencia de energía,sino también respecto de los efectos de la colisión, la radiación se comporta como siconsistiera en proyectiles discretos de energía.Traducido del original en alemán por Hernán Pringe.Agradecimientos. El traductor agradece los valiosos comentarios de Mario Caimi y Griselda Mársico.1 Esta oración presenta dificultades en el original alemán. Otra opción sería: “de modo que el cuanto dispersado[posee] una energía menor, por lo tanto, en términos ondulatorios, una frecuencia menor, que la que le correspon-de a la radiación incidente”.2 Esto es, los rayos X.3 Literalmente: “la luz de Röntgen”.

Das Komptonsche Experiment Ist die Wissenschaft um ihrer selbst willen da?

LAReferencia - Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas Latinoamericanas

https://ri.conicet.gov.ar/bitstream/11336/25745/5/CONICET_Digital_Nro.46a691dc-4f4c-464a-a240-9c978109dd1e_X.pdf

Das Komptonsche Experiment Ist die Wissenschaft um ihrer selbst willen da?

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

CONICET Digital

LAReferencia - Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas Latinoamericanas