Imaginemos que un día cualquiera le deseas tomar una fotografía a tu gatito, enciendes tu cámara, activas el flash y tomas una bonita foto del recuerdo. Esto sucede gracias a que al iluminar un objeto algo de luz se absorbe y otra más se refleja. Pero ¿qué pasaría si toda esa luz la absorbiera tu gato?, ¿podrías tomar la fotografía?, ¿tu gatito sobreviviría?, ¿es posible que un cuerpo absorba toda la energía que incide sobre él?
En física, ese objeto imaginario que absorbe toda la radiación que incide sobre él se llama cuerpo negro. Es como una ‘esponja perfecta de energía’ que no refleja nada, solo absorbe, por lo tanto, parece negro. Cuando se calienta, emite radiación electromagnética producto de la agitación térmica en la superficie, emite luz de forma muy eficiente, sin interrupciones ni brincos en el brillo. La intensidad de esa radiación depende de su frecuencia y de la temperatura. Si este objeto está en equilibrio térmico con el entorno, irradia tanta energía como la que absorbe. O sea: un cuerpo negro es un “absorbedor” perfecto y también un emisor perfecto de radiación.
En teoría, se podría asemejar a una cavidad hueca, cuyas paredes internas reflejan perfectamente la radiación electromagnética, con un pequeño agujero en la superficie. La radiación que entra por este agujero queda atrapada en la cavidad y se absorbe completamente luego de sucesivas reflexiones: ese hueco absorbe como un cuerpo negro. Por otro lado, al calentar la cavidad, la radiación que escapa es “radiación de cuerpo negro”; es decir, el hueco es también un emisor perfecto: al aumentar la temperatura el agujero comienza a brillar.
No existe un objeto tal que absorba toda la radiación que le llega con diferentes longitudes de onda y tal que la radiación que emite sea sólo debido a la temperatura y a la frecuencia de onda. Es solo una idealización, la mayoría de las estrellas, planetas, lunas y asteroides se acercan lo suficiente a serlo como para producir espectros muy similares a un espectro térmico perfecto.
El Sol, nuestra estrella, se acerca también a un cuerpo negro, su superficie (la fotosfera) está a una temperatura de casi 6 mil grados, emitiendo una gran cantidad de radiación, similares a un espectro térmico ideal, con su máximo en el intervalo de luz visible.
Wilhelm Wien (1864-1928) encontró que cuerpos negros a diferentes temperaturas emiten espectros que alcanzan su máximo para diferentes longitudes de onda. Los objetos más calientes emiten más en longitudes de onda más cortas, por lo que se ven azules. De igual manera, los objetos más fríos emiten en longitudes de onda más largas, por lo que se ven rojizos. Esta ley, conocida como de Wien, establece que la longitud de onda donde la radiación de un cuerpo negro alcanza su pico es inversamente proporcional a su temperatura.
Explicar la radiación del cuerpo negro no fue posible con la física clásica, esto impulsó el nacimiento de la mecánica cuántica. Fue Max Planck quien resolvió el problema, en 1900, proponiendo que la energía solo se emitía o absorbía en paquetes discretos llamados cuantos.
