¿Cuáles son algunas formas espectaculares en que las teorías de la física se descomponen cuando se usan fuera de su bailía?

Espectaculares fallas ocurrieron por todas partes cuando los físicos intentaron aplicar la física clásica al comportamiento de los átomos y los sistemas estadísticos de átomos y fotones.

La más famosa es la vida clásica del átomo de hidrógeno, cuando se tiene en cuenta la radiación causada por la aceleración centrípeta del electrón. Una órbita circular obliga al electrón a cambiar su velocidad, que por lo tanto debe irradiar energía. Esto significa que el electrón debe reducir su órbita, lo que provoca una aceleración más rápida que irradia a su vez aún más energía. El electrón, a través de este proceso, entra en espiral en el núcleo en menos de un microsegundo. Se requería mecánica cuántica para mostrar cómo se podía lograr una órbita estable para el electrón.

Cuando los físicos intentaron estudiar la radiación del cuerpo negro, hicieron suposiciones clásicas con respecto a la intensidad del campo en cada modo, y descubrieron que el comportamiento era una locura, tanto en el límite infrarrojo como en el límite ultravioleta. Se hizo conocido como “La catástrofe ultravioleta” y “La catástrofe infrarroja”. Einstein demostró que, al suponer estadísticas de Bose-Einstein para la población de los modos, sensata y, como resultó correcta, se podía obtener un comportamiento. La estadística bosónica supone que solo hay un estado que contiene partículas idénticas en diferentes estados de partículas individuales.

Cuando los físicos estudiaron el efecto fotoeléctrico, utilizando la física clásica para modelar el comportamiento de los electrones, calcularon que el calentamiento del ánodo debería hacer que los electrones comenzaran a evaporarse después de unos 20 minutos. En cambio, los electrones comenzaron a desprenderse inmediatamente, y solo si la frecuencia estaba por encima de algún límite crítico. La idea de la física cuántica era que un solo fotón actuaría en un solo electrón, dándole una patada gigante, en lugar de difundir su energía por toda la superficie. Si esa patada fue lo suficientemente grande, porque el fotón en sí tenía una frecuencia suficientemente alta, entonces el electrón podría escapar de la placa metálica, de lo contrario no.