Imagina si quieres que tu nombre se asocie para siempre a una teoría científica innovadora. Imagínese también que su nombre estaría incluso unido a una serie de unidades, diseñadas para realizar mediciones para ecuaciones complejas. Ahora imagine que es usted un alemán que vivió dos guerras mundiales, que ganó el Premio Nobel de Física y que sobrevivió a muchos de sus hijos.

Si puede hacer todo eso, entonces podría saber lo que fue ser Max Planck, el físico alemán y fundador de la teoría cuántica. Al igual que Galileo, Newton y Einstein, Max Planck es considerado uno de los científicos más influyentes y rompedores de su tiempo, un hombre cuyos descubrimientos ayudaron a revolucionar el campo de la física. Resulta irónico, si se tiene en cuenta que, cuando comenzó su carrera, se le dijo que no había nada nuevo que descubrir.

Vida temprana y educación:

Nacido en 1858 en Kiel, Alemania, Planck fue hijo de intelectuales: su abuelo y su bisabuelo eran profesores de teología, su padre era profesor de derecho y su tío era juez. En 1867, su familia se trasladó a Múnich, donde Planck se matriculó en el gimnasio Maximilians. Desde muy joven, Planck demostró aptitudes para las matemáticas, la astronomía, la mecánica y la música.

Se graduó pronto, a los 17 años, y pasó a estudiar física teórica en la Universidad de Múnich. En 1877, pasó a la Universidad Friedrich Wilhelms de Berlín para estudiar con el físico Hermann von Helmholtz. Helmholtz ejerció una profunda influencia sobre Planck, con quien entabló una estrecha amistad, y finalmente Planck decidió adoptar la termodinámica como su campo de investigación.

En octubre de 1878, aprobó sus exámenes de calificación y defendió su disertación en febrero de 1879 – titulada «Sobre la segunda ley de la termodinámica». En este trabajo, hizo la siguiente afirmación, de la que se cree que se deriva la moderna Segunda Ley de la Termodinámica: «Es imposible construir un motor que funcione en un ciclo completo y no produzca más efecto que el de elevar un peso y enfriar un depósito de calor»

Durante un tiempo, Planck se afanó en un relativo anonimato debido a su trabajo con la entropía (que se consideraba un campo muerto). Sin embargo, realizó varios descubrimientos importantes en esta época que le permitirían aumentar su reputación y ganar seguidores. Por ejemplo, su Tratado de Termodinámica, publicado en 1897, contenía las semillas de ideas que llegarían a ser muy influyentes, es decir, la radiación del cuerpo negro y los estados especiales de equilibrio.

Con la finalización de su tesis, Planck se convirtió en profesor privado no remunerado en la Universidad Freidrich Wilhelms de Múnich y se unió a la Sociedad Física local. Aunque la comunidad académica no le prestó demasiada atención, continuó sus trabajos sobre la teoría del calor y llegó a descubrir de forma independiente la misma teoría de la termodinámica y la entropía que Josiah Willard Gibbs -el físico estadounidense al que se atribuye el descubrimiento-.

En 1885, la Universidad de Kiel nombró a Planck profesor asociado de física teórica, donde continuó sus estudios de química física y sistemas de calor. Para 1889, regresó a la Universidad Freidrich Wilhelms de Berlín, convirtiéndose en profesor titular en 1892. Permanecerá en Berlín hasta su jubilación en enero de 1926, cuando fue sucedido por Erwin Schrodinger.

Radiación de cuerpo negro:

Fue en 1894, cuando tenía un encargo de las compañías eléctricas para desarrollar mejores bombillas, cuando Planck comenzó a trabajar en el problema de la radiación de cuerpo negro. Los físicos ya se esforzaban por explicar cómo la intensidad de la radiación electromagnética emitida por un absorbente perfecto (es decir, un cuerpo negro) dependía de la temperatura del cuerpo y de la frecuencia de la radiación (es decir, del color de la luz).

Con el tiempo, resolvió este problema sugiriendo que la energía electromagnética no fluía de forma constante, sino en paquetes discretos, es decir, en cuantos. Esto se conoce como el postulado de Planck, que puede expresarse matemáticamente como E = hv, donde E es la energía, v es la frecuencia y h es la constante de Planck. Esta teoría, que no era coherente con la mecánica newtoniana clásica, contribuyó a desencadenar una revolución en la ciencia.

Científico profundamente conservador y receloso de las implicaciones que su teoría planteaba, Planck indicó que sólo llegó a su descubrimiento a regañadientes y que esperaba que se demostrara que estaban equivocados. Sin embargo, el descubrimiento de la constante de Planck resultaría tener un impacto revolucionario, haciendo que los científicos rompieran con la física clásica, y llevando a la creación de las unidades de Planck (longitud, tiempo, masa, etc.).

Mecánica cuántica:

A principios de siglo, otro influyente científico llamado Albert Einstein realizó varios descubrimientos que demostrarían que la teoría cuántica de Planck era correcta. El primero fue su teoría de los fotones (como parte de su Teoría Especial de la Relatividad) que contradecía la física clásica y la teoría de la electrodinámica que sostenía que la luz era una onda que necesitaba un medio para propagarse.

El segundo fue el estudio de Einstein del comportamiento anómalo de determinados cuerpos cuando se calentaban a bajas temperaturas, otro ejemplo de un fenómeno que desafiaba la física clásica. Aunque Planck fue uno de los primeros en reconocer la importancia de la relatividad especial de Einstein, inicialmente rechazó la idea de que la luz pudiera estar formada por cuantos discretos de materia (en este caso, fotones).

Sin embargo, en 1911, Planck y Walther Nernst (un colega de Planck) organizaron una conferencia en Bruselas conocida como la Primera Conferencia Solvav, cuyo tema era la teoría de la radiación y los cuantos. Einstein asistió a ella y pudo convencer a Planck de sus teorías sobre los cuerpos específicos en el transcurso de la misma. Ambos se hicieron amigos y colegas; y en 1914, Planck creó una cátedra para Einstein en la Universidad de Berlín.

Durante la década de 1920, había surgido una nueva teoría de la mecánica cuántica, que se conocía como la «interpretación de Copenhague». Esta teoría, ideada en gran parte por los físicos alemanes Neils Bohr y Werner Heisenberg, afirmaba que la mecánica cuántica sólo puede predecir probabilidades; y que, en general, los sistemas físicos no tienen propiedades definidas antes de ser medidos.

Sin embargo, esto fue rechazado por Planck, que consideraba que la mecánica ondulatoria pronto haría innecesaria la teoría cuántica. A él se unieron sus colegas Erwin Schrodinger, Max von Laue y Einstein, todos los cuales querían salvar la mecánica clásica del «caos» de la teoría cuántica. Sin embargo, el tiempo demostraría que ambas interpretaciones eran correctas (y matemáticamente equivalentes), dando lugar a las teorías de la dualidad partícula-onda.

Primera y Segunda Guerra Mundial:

En 1914, Planck se sumó al fervor nacionalista que recorría Alemania. Aunque no era un nacionalista extremo, fue uno de los firmantes del ahora famoso «Manifiesto de los Noventa y Tres», un manifiesto que respaldaba la guerra y justificaba la participación de Alemania. Sin embargo, en 1915, Planck revocó partes del Manifiesto y, en 1916, se convirtió en un abierto opositor a la anexión de otros territorios por parte de Alemania.

Después de la guerra, Planck era considerado la autoridad alemana en física, siendo decano de la Universidad de Berlín, miembro de la Academia Prusiana de Ciencias y de la Sociedad Alemana de Física, y presidente de la Sociedad Kaiser Wilhelm (KWS, actual Sociedad Max Planck). Durante los turbulentos años de la década de 1920, Planck utilizó su posición para recaudar fondos para la investigación científica, que a menudo eran escasos.

La toma del poder por parte de los nazis en 1933 dio lugar a tremendas dificultades, de las que Planck fue testigo personalmente. Esto incluyó que muchos de sus amigos y colegas judíos fueran expulsados de sus puestos y humillados, y un gran éxodo de científicos y académicos alemanes.

Planck intentó perseverar en estos años y mantenerse al margen de la política, pero se vio obligado a intervenir para defender a sus colegas cuando fueron amenazados. En 1936, renunció a sus cargos como jefe del KWS debido a su continuo apoyo a los colegas judíos de la Sociedad. En 1938, dimitió como presidente de la Academia Prusiana de Ciencias debido a que el Partido Nazi asumió el control de la misma.

A pesar de estos acontecimientos y de las dificultades que trajo la guerra y la campaña de bombardeos de los aliados, Planck y su familia permanecieron en Alemania. En 1945, el hijo de Planck, Erwin, fue detenido por el intento de asesinato de Hitler en el complot del 20 de julio, por lo que fue ejecutado por la Gestapo. Este suceso hizo que Planck cayera en una depresión de la que no se recuperó antes de su muerte.

Muerte y legado:

Planck murió el 4 de octubre de 1947 en Gottingen, Alemania, a la edad de 89 años. Le sobrevivieron su segunda esposa, Marga von Hoesslin, y su hijo menor Hermann. Aunque en sus últimos años se vio obligado a renunciar a sus puestos clave y pasó los últimos años de su vida atormentado por la muerte de su hijo mayor, Planck dejó un notable legado a su paso.

En reconocimiento a su contribución fundamental a una nueva rama de la física fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1918. También fue elegido miembro extranjero de la Royal Society en 1926, recibiendo la medalla Copley de la Sociedad en 1928. En 1909, fue invitado a ser el conferenciante Ernest Kempton Adams en Física Teórica en la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York.

También fue muy respetado por sus colegas y contemporáneos y se distinguió por formar parte de las tres organizaciones científicas que dominaban las ciencias alemanas: la Academia Prusiana de Ciencias, la Sociedad Kaiser Wilhelm y la Sociedad Alemana de Física. La Sociedad Alemana de Física también creó la Medalla Max Planck, la primera de las cuales se concedió en 1929 tanto a Planck como a Einstein.

La Sociedad Max Planck también se creó en la ciudad de Gottingen en 1948 para honrar su vida y sus logros. Esta sociedad creció en las décadas siguientes, llegando a absorber la Sociedad Kaiser Wilhelm y todas sus instituciones. Hoy en día, la Sociedad es reconocida como líder en investigación científica y tecnológica y la principal organización de investigación en Europa, con 33 premios Nobel concedidos a sus científicos.

En 2009, la Agencia Espacial Europea (ESA) desplegó la nave espacial Planck, un observatorio espacial que cartografió el Fondo Cósmico de Microondas (CMB) en frecuencias de microondas e infrarrojas. Entre 2009 y 2013, proporcionó las mediciones más precisas hasta la fecha sobre la densidad media de la materia ordinaria y la materia oscura en el Universo, y ayudó a resolver varias cuestiones sobre el Universo primitivo y la evolución cósmica.

Planck será recordado para siempre como uno de los científicos más influyentes del siglo XX. Junto a hombres como Einstein, Schrodinger, Bohr y Heisenberg (la mayoría de los cuales eran sus amigos y colegas), ayudó a redefinir nuestras nociones de física y de la naturaleza del Universo.

Hemos escrito muchos artículos sobre Max Planck para Universe Today. Aquí están ¿Qué es el tiempo de Planck?, ¿La primera luz de Planck?, El aturdimiento de todos los cielos de Planck, ¿Qué es el gato de Schrodinger?, ¿Qué es el experimento de la doble rendija? y aquí hay una lista de historias sobre la nave espacial que lleva su nombre.

Si quieres más información sobre Max Planck, consulta la biografía de Max Planck en Science World y Space and Motion.

También hemos grabado un episodio completo de Astronomy Cast sobre Max Planck. Escúchalo aquí, Episodio 218: Max Planck.