Arnold Sommerfeld: biografía, modelo atómico, aportes

Arnold Sommerfeld (1868-1951) fue un físico alemán, mayormente conocido por haber elaborado la teoría atómica junto a Bohr hace más de un siglo. Fue uno de los fundadores de la física teórica, que se convirtió en una disciplina independiente gracias a sus aportes, junto a las obras de Max Planck, Albert Einstein y Niels Nohr. Es considerado como un pionero de la física cuántica y atómica.

Hoy en día el átomo de Bohr-Sommerfeld y la constante de estructura fina siguen siendo conceptos manejados por los físicos. Algunos estudiosos han asociado el nombre de Sommerfeld a la primer escuela de física teórica moderna. Sus aportes también se reflejaron con el libro de texto Estructura atómica y líneas espectrales, muy importante en la física atómica.

Fuente: GFHund [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], vía wikimedia commons.

Este libro de su autoría se difundió alrededor de todo el mundo, fue traducido a múltiples idiomas y fue un pilar en la formación de muchos estudiantes en el campo de la física nuclear. 

Biografía

Su nombre completo fue Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld. El físico alemán nació el 5 de diciembre de 1868 en Königsberg, Alemania.

Sus padres fueron Cäcile Matthias y Franz Sommerfeld, un médico de la época. La pareja tuvo más hijos: Walter, nacido en 1863, fue el hermano mayor de Arnold, quien también tuvo una hermana. Margarethe era dos años menor que Arnold, pero solo vivió 10 años ya que fue afectada por la fiebre escarlata.

Desde muy temprano Arnold mostró mucho interés para las artes e incluso tenía gran talento. 

Estudios

Su interés por las artes se vio reflejado en los estudios que realizó en su ciudad natal Königsberg. Mostró especial pasión por la literatura, particularmente por las obras clásicas de autores alemanes. No tuvo calificaciones que fueran sobresalientes en todas las asignaturas, aunque tampoco fue un mal estudiante.

Antes de empezar la universidad la idea que rondaba su cabeza era la de dedicarse a la industria de la construcción, un área en la que algún miembro de su familia ya se había desempeñado.

El único problema que Sommerfeld encontró era que para poder desempeñarse en el área de la ingeniería civil tendría que haber dejado su ciudad natal y radicarse en alguna ciudad que contara con alguna universidad técnica donde se impartieron estudios que le sirvieran para su carrera.

En la Universidad Alberto de Königsberg, cuyo nombre recibió por su fundador, no podía estudiar ingeniería. Pero como tampoco estaba muy seguro sobre la carrera que quería escoger, la mudanza pasó a un segundo plano y prefirió quedarse cerca de su familia.

Etapa universitaria

Durante el primer semestre se fue orientando sobre los cursos impartidos en la institución. Se inscribió para cursos sobre economía, de políticas económicas, etnografía, partidos políticos, cálculo, derecho civil alemán, críticas de Kant y fundamentos de la ética.

Tras finalizar ese primer semestre, Sommerfeld empezó a enfocar su plan de estudios en cursos que tuvieran una base más técnica, pero siguió sin enfocarse en el área de la física. Realmente su interés principal fue en el área de las matemáticas.

Pasó seis años en la universidad, logró un doctorado y ganó confianza para afrontar su futuro. Entre sus profesores contó con personalidades como Ferdinand von Lindemann, Adolf Hurwitz, David Hilbert y el también físico Emil Wiechert.

Etapa militar

Una vez completados sus estudios universitarios, Sommerfeld cumplió con sus obligaciones en el área militar como voluntario por un año. Fue parte del regimiento de infantería que se encontraba en Königsberg, aunque no fue un trabajo que disfrutara en demasía; consideraba las labores militares de un soldado como algo tedioso.

Una de las ventajas de haber formado para del regimiento de infantería era que este se encontraba en Königsberg y por ende se mantuvo cerca de su casa. Incluso, por el carácter voluntario de sus labores podía dormir en su hogar.

Carrera

Una vez culminadas sus obligaciones en el mundo militar y tras haber logrado el doctorado se trasladó a Göttingen en 1891 para trabajar en la Universidad de esa ciudad. En Göttingen trabajó impartiendo algunas clases de matemáticas y de física teórica. También se desempeñó como asistente de Félix Klein, un conocido matemático de la época.

Para 1897 se fue a la Universidad Clausthal Zellerfeld, en Goslar, donde también dio clases durante tres años para luego trasladarse a Aachen. En la universidad de la ciudad se desempeñó como profesor de ingeniería técnica.

Siendo profesor de física teórica en Múnich, entre 1906 y 1931, fue cuando completó sus obras más relevantes. Llegó a Múnich para sustituir al físico Ludwig Boltzmann en el cargo de profesor de física teórica. Además se encargó de la dirección del Instituto de Educación Teórica que se encontraba en Múnich en la Universidad del estado.

Muerte

Arnold Sommerfeld murió el 26 de abril del año 1951. Su muerte ocurrió en Múnich, donde sufrió un accidente de tránsito mientras paseaba con sus nietos.

A finales del mes de marzo, el físico alemán se encontraba caminando por los alrededores de su casa en Múnich junto a sus nietos, cuando fue golpeado por un carro. Luego de diez días perdió la consciencia y poco después murió producto de las lesiones que sufrió a raíz del accidente. 

Modelos atómicos

Su principal trabajo ocurrió en el año 1915 cuando, junto al físico danés Niels Bohr, se encargó de transformar algunos aspectos de la teoría atómica. Para esto, ambos científicos se basaron en otras teorías, como la cuántica y la relativista.

Su motivación estuvo radicada en que la teoría atómica tenía fallas a la hora de tener que explicar que eran los átomos complejos

En las ideas que plantearon Sommerfeld y Bohr, explicaron que las órbitas que realizaban los electrones eran de forma elíptica. Además estas órbitas contaban con otro número cuántico, considerado como secundario.

La importancia de estos números cuánticos, tanto el secundario como el principal que obtuvo Bohr, era que precisó si el electrón tenía un momento angular. Esto era relevante porque permitió determinar si el electrón tenía energía cinética.

También llegó a hablar sobre la presencia de un tercer número cuántico, que fue denominado como magnético. Este número tenía la función de establecer qué tan inclinado estaba el plano de la órbita.

Para el año 1916, el físico alemán Friedrich Paschen evidenció que las ideas que planteó Sommerfeld eran correctas, pero igual no fue una teoría definitiva ya que no resolvía algunos problemas

Problemas

El sistema periódico de los elementos y el comportamiento a nivel químico que estos tenían tuvo una mejor explicación gracias al modelo atómico de nombre Bohr-Sommerfeld. Pero también fue necesario el aporte de otros estudios para esto. Por ejemplo, se benefició de los descubrimientos posteriores.

Como el de Wolfgang Pauli, en el año 1924, que afirmó que la presencia de dos electrones no podía darse al mismo tiempo si estos tenían el mismo número cuántico. Además, se introdujo en 1924 un cuarto número cuántico gracias a los avances de Goudsmit y Unlenbeck.

Fueron las ideas de la mecánica cuántica ondulatoria las que permitieron que se hiciera un mejor análisis sobre los espectros. Finalmente, este modelo de Bohr-Sommerfeld fue posteriormente reemplazado por un modelo que se sustentó en la mecánica ondulatoria.

Otros aportes

El trabajo de Sommerfeld le permitió desarrollar más ideas en el campo. De sus aplicaciones de la teoría a los problemas técnicos, la teoría que desarrolló sobre la fricción de los lubricantes y sus aportes a la telegrafía inalámbrica fueron las más conocidas.

También fueron relevantes sus aportes en otros campos, en especial cuando trabajó en la teoría clásica del electromagnetismo.

Su trabajo como profesor también fue un gran aporte para el mundo científico. Desde 1906, cuando llegó a la universidad de Múnich, formó a varias generaciones de físicos teóricos. Entre sus estudiantes se pueden contar a ocho premios Nobel.

Fue importante por introducir el segundo y tercer número cuántico, pero también la teoría de la onda de rayos X.

Durante la última etapa de su carrera, el alemán se encargó de utilizar la mecánica estadística para explicar algunos comportamientos. Específicamente explicó las propiedades electrónicas que tenían los metales.

Tuvo un papel destacado para que se estableciera la Revista de física en el año 1920. Esta publicación sirvió para que se publicaran y fueron revisados muchos trabajos del área de la física.

Obras publicadas

Sommerfeld publicó varias obras a lo largo de su carrera. Dos de sus trabajos fueron los más destacados, como es el caso de Átomos y líneas espectrales y el texto de Introducción a la física teórica.

En total fueron más de 10 libros los que contaron con su autoría, algunos de ellos cuentan con varios volúmenes. Además de los múltiples artículos que escribió sobre sus ideas y descubrimientos.

Premios Nobel

Sommerfeld es el protagonista de uno de los casos más curiosos del mundo científico. A pesar de todas las contribuciones que hizo, nunca se le otorgó un Premio Nobel de física.

Es más curioso todavía si se toma en cuenta que es el físico con más nominaciones en la historia del Premio Nobel. Tiene un total de 84 candidaturas, que se acumularon entre los años 1917 y 1951.

Solo en el año 1929 tuvo nueve nominaciones. Y el año en el que murió recibió cuatro más.

Aunque nunca recibió el Premio, tiene el honor de ser el físico con más estudiantes ganadores del mismo.

Referencias

  1. Arnold Sommerfeld | German physicist. Recuperado de britannica.com
  2. Beléndez, A. (2017). Sommerfeld: the Eternal Nobel Candidate. Recuperado de bbvaopenmind.com
  3. Eckert, M. (2013). Arnold Sommerfeld. New York, NY: Springer.
  4. Izquierdo Sañudo, M. (2013). Evolución histórica de los principios de la química. [Place of publication not identified]: Uned – Universidad Nacional.
  5. Seth, S. (2010). Crafting the quantum. Cambridge, Mass.: MIT Press.

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