divendres, de novembre 09, 2007

Einstein, llum i electrons

Aconseguir un gran èxit en algun aspecte de la nostra vida és una cosa que a tots ens fa il·lusió. Tant se val al que ens dediquem, triomfar sempre resulta gratificant. Però de vegades el triomf té efectes secundaris i un d’aquests efectes inesperats té a veure amb l’Albert Einstein. Ell ha esdevingut el paradigma del savi, de l’home de ciència, del qui va generar una teoria, la Teoria de la Relativitat, que va canviar la nostra visió de l’univers i que va obrir les portes a tot un nou món. Ningú es sorprèn que fos guardonat amb el Premi Nobel de física l’any 1921.

Però el cas és que aquell premi no li va ser concedit per la Teoria de la Relativitat. Si Einstein va guanyar el Nobel va ser perquè va explicar l’efecte fotoelèctric!

I aquí hi ha la paradoxa de l’èxit. Un gran triomf (la relativitat) arriba a emmascarar un altre gran triomf (l’efecte fotoelèctric). Potser és que no estem acostumats a que l’èxit visiti dues vegades la mateixa persona? En tot cas això demostra que, realment, l’Albert era un fora de sèrie.

I explicar l’efecte fotoelèctric realment va ser tota una fita. Ja feia temps que els físics havien observat que si il·luminaven determinats materials amb llum, tenia lloc una emissió d’electrons. Això, en principi, no havia de ser una sorpresa. La llum, que no deixa de ser una radiació electromagnètica, cedia energia als electrons i aquests, aprofitaven l’energia per escapar de l’atracció del nucli de l’àtom i marxar a “donar una volteta”. En altres paraules, la llum feia que es generés electricitat.

Però el curiós, i desconcertant, era que els electrons únicament començaven a saltar si la llum tenia una determinada freqüència. Amb freqüències inferiors, simplement no passava res. I a partir d’aquell punt, a mida que s’augmentava la freqüència de la llum, els electrons marxaven més de pressa, però no marxaven més electrons. El nombre d’electrons depenia de la intensitat de la llum i no de la seva freqüència.

Fins aleshores la llum es considerava una ona. Per això és parla de longitud d’ona de la radiació, i de freqüència, o sigui, número d’ones que arriben segon. Si fa no fa, com les onades del mar.

Però amb aquesta imatge no es podia explicar aquest fenomen. I aquí va entrar la genialitat d’Einstein. Va considerar la llum, no com una ona, sinó com una partícula: un fotó.

I aleshores era fàcil interpretar el que passava. Si els fotons no tenien prou energia (la freqüència), en cap cas podrien fer saltar un electró. Però a partir de determinat nivell, ja podrien fer-ho. I a partir d’aquell moment, com major fos l’energia, més de pressa sortiria l’electró. Podem dir que si la puntada de peu que li dóna és més forta, l’electró surt disparat més fort. Però si el que volem és que surtin molts electrons, el que cal és que arribin molts fotons (la intensitat de la llum) i, és clar, que aquests tinguin l’energia mínima per moure als electrons.

Això volia dir que la llum no era ben bé com les onades, que poden tenir qualsevol mida. La llum es comportava com partícules que podien tenir un valor o un altre, però no els intermedis. L’Einstein va fer la demostració matemàtica que va resultar ser d’una elegància fascinant i que va representar un dels inicis de la mecànica quàntica..

Aleshores es va haver de plantejar la pregunta. La llum, o la resta de radiacions, són ones o són partícules? Doncs el cas és que són les dues coses. Tot depèn de com t’ho miris. Hi ha qui parla de les dues cares de la mateixa moneda, o de fer preguntes com: allò és un gos o un animal?

El cas és que actualment també fem servir l’efecte fotoelèctric en multitud d’aparells quotidians. Des de portes que s’obren quan al creuar tapem un feix de llum, fins a detectors de fum per prevenir incendis o plaques solars per generar energia elèctrica a partir de la llum.

I un es pot preguntar, com és que no li van donar el premi Nobel per la Teoria de la Relativitat? Potser perquè era massa estranya i controvertida.

10 comentaris :

Carquinyol ha dit...

Doncs crec que haurien de revisar l'energia mínima de l'ona que utilitzen algunes cancel·ladores del metro pq crec que no se n'adonen que els electrons han deixat de saltar.

S'ho explicaré la propera vegada al taquiller ;)

Complicada la teoria de la relativitat? Home, això és relatiu ;)

sants ha dit...

uhmm... vaig entendre més el del pernil... encara no m0he recuperat...

Alasanid ha dit...

Sempre és un misteri per què no li van premiar la Teoria de la Relativitat. És juntament amb la de l'Evolució les dues conegudes per la comunitat no científica. Hi ha molta gent que encara creu que el premi li van donar per la Relativitat.

Recordo un exemple que ens va ficar el professor de química per explicar perquè els fotons havien de tenir una freqüència mínima.

L'exemple utilitzava una pilota lligada i algú que la va xutant. La corda no es trencarà pel número de xuts sinó per l'energia d'aquests (a diferent escala).

PS: Potser tenien por d'una acaparació dels Nobel per part d'un col·lectiu de científics.

Laia ha dit...

Això que són les dues coses em sembla que ho vagi estudiar l'any passat... la dualitat ona-corpuscle crec que era...

I pel que fa a l'efecte fotoelèctric... No és el mateix que els passa a les plantes a la fotosíntesi durant la fase lluminosa? La llum incideix sobre la clorofil·la i els electrons s'exciten... A que es nota que vaig estudiar per l'examen d'ahir? :P

Ah, mira, ja està: gràcies a l'efecte fotoelèctric les plantes fan la fotosíntesi i creixen, per tant, el roure i l'alzina poden fer fruit (glans) que després seran menjades pels porcs... I finalment podrem tenir un bon pernil de qualitat a taula!

Dan ha dit...

Carquinyol. metro, trens, medis de transport de rodalies... no esperaries que tot funciones correctament, oi?

Sants. El que passa es que devies fer practiques amb el pernil, punyeter! Que amb l'efecte fotoelectric, la practica es obrir la porta de l'ascensor amb la cèl.lula fotoelectrica i això té poca gràcia... ;-)

alasanid. No crec que fos per por de massa premis a un sol científic. N'hi ha uns quants que en tenen dos (Madame Curie, per exemple)

laia. Bé. No es exactament el mateix, peró la cadena d'esdeveniments des del fotó fins al pernil mereix un excel.lent

omalaled ha dit...

Em diixes aferig-hi uns detallets més sobre l'Einstein?

No només té al seu abast l'efecte fotoeléctric i la teoria de la Relativitat (i alerta, perquè aquesta teoria en porta dues: la Especial o Restringinda i la General, que son diferents i molt). A més, la relació E=h*f no és només de Planck. Avui la coneixem com la relació de Planck-Einstein.

A més, té una estadística feta (es diu de Bose-Einstein) on s'estudien els gasos formats por bosons (també està la de Fermi-Dirac que la estudia amb els fermions). Ja s'hi sabia que es podia fer un condensat de Bose-Einstein molt abans de que es fes a un laboratori.

Més? Els làsers son deguts a un fenòmen de "desexcitació induïda"; o sigui, que el principi també es de l'amic Albert.

A més es va implicar amb les teories del Camp Unificat, però ni avui sabem res si això funciona o no.

Aquest paio no mereixia ni un ni dos, sino més premis Nobel.

Salut!

omalaled ha dit...

Ups, perdò. Casi se m'blida. La paradoxa EPR (Einstein-Podolsky-Rosen). Que encara avui dia porta més d'un mal de cap a molts estudiants de quàntica.

La seva capacitat per fer experiments mentals era brutal.

Salut!

Alasanid ha dit...

Però Dan encara no hi ha hagut ningú que n'hagi tret 2 (en solitari) de la mateixa categoria.

Clar de la llista que ha fet l'omalaled no hauria estat sol en alguna entrega.

PS: Laia jo vaig relacionar els temes al revés, a partir de la teva explicació de la fotosíntesis XD

L'equivalència massa-energia és força coneguda també.

zel ha dit...

Jo per la meva part estic electritzada, la teoria m'ha fotonejat i els feixos m'han deixat sense ni un pèl a l'entrecuix (la cotxinada era per tal que hi hagués més xxxxx, ja m'entens) El que si entenc és que els detectors de fum i jo som enemics a mort (es nota que fumo? ecccs, ja ho se, ja...) Petons....

Lupe ha dit...

Molt bona l'explicació. Respecte a l'èxit, suposo que tots volem que se'ns reconegui i això només passa si ho fem públic. Hi ha, però, molts tipus d'èxit, el millor, crec jo, el personal, el que neix de dintre. A vegades, no cal que sigui quelcom que serveixi per "millorar la societat", doncs què millor per la societat que una persona amb èxit personal, reverteix en tot. (i perdona les reiteracions).
Salutacions