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.