Está comenzando a comprenderse cómo es la estructura íntima de un líquido con propiedades aberrantes a las que debemos la existencia de la vida en la Tierra.

               El agua líquida es una rareza en el universo. 

               Friedrich Böhringer (CC)

Otra propiedad que nos parece normal, pero en realidad sumamente insólita, es su inmensa tensión superficial, la mayor en un líquido exceptuando el metal mercurio. Vemos esta tensión superficial cuando llenamos un vaso por encima del borde sin que rebose, o en las gotas de rocío sobre las hojas, y algunos insectos acuáticos la aprovechan para deslizarse patinando sobre la superficie de las charcas.

 

La tensión superficial del agua permite que algunos insectos puedan caminar sobre ella. Markus Gayda (CC)

El agua lubrica y adhiere al mismo tiempo: podemos resbalar sobre un suelo mojado, pero prueben a despegar dos láminas de vidrio unidas por la humedad. El agua es un solvente universal, capaz de disolver sustancias tan dispares como las sales, los alcoholes, los ácidos o los álcalis. Y por si fuera poco, en ciertos casos el agua caliente se congela más deprisa que el agua fría; es el llamado efecto Mpemba, descubierto por un estudiante de secundaria de Tanzania cuyo profesor se carcajeó de él… hasta que un científico lo confirmó.

Así prosigue una lista de anomalías que ha mantenido perplejos a los científicos durante siglos. En 1612, Galileo Galilei escribía: “A mi juicio, el hielo debería ser agua rarificada más que condensada; […] el agua al congelarse aumenta de volumen, y el hielo que se produce es más ligero que el agua sobre la cual nada”. Obvio hoy para nosotros, pero no en su día para los detractores de Galileo, que atribuían la flotación del hielo a su forma.

De la poli-agua a la homeopatía

 

Las peculiaridades del agua dieron pie a uno de los episodios más rocambolescos de la historia de la ciencia. En 1966, un científico soviético llamado Boris Deryagin presentó en Londres un chocante hallazgo. Un colega suyo, Nikolai Fedyakin, había descubierto que el agua presentaba un comportamiento excepcional cuando se aislaba en finos tubos capilares de cuarzo. El líquido así confinado era mucho más denso y viscoso de lo normal, su punto de ebullición se disparaba hasta los 150^o C y el de congelación se desplomaba hasta -40^o C, solidificándose en una especie de masa marrón.

La fiebre se desató cuando un equipo de investigadores de EEUU repitió los experimentos y confirmó sus resultados en la revista Science, bautizando la nueva sustancia con un nombre irresistible: poliagua. La hipótesis sugería que el agua confinada formaba un polímero del que se derivaban exóticas propiedades. La revista Time, el diario The New York Times y otros grandes medios cubrieron aquel extrordinario hallazgo que olía a premio Nobel. La revista Popular Sciencepublicaba instrucciones sobre “cómo crear tu propia poli-agua”. En la revista Nature, un científico advertía de que la poli-agua podía ser “el material más peligroso de la Tierra”, ya que su simple contacto con el agua normal podía polimerizarla y dejar el planeta seco, como un “facsímil de Venus”. El Pentágono se involucró, temeroso de que la URSS llevara ventaja en la explotación de sus posibles aplicaciones militares.

Hasta que a un científico de EEUU llamado Denis Rousseau, pensando que podía tratarse simplemente de agua contaminada, se le ocurrió repetir las pruebas practicadas a la poli-agua analizando el sudor de su camiseta después de un partido de balonmano. Y resultó que la presunta poliagua y el sudor eran, a todos los efectos y valga la expresión, como dos gotas de agua. La poli-agua no era más que agua normal con impurezas.

 

La homeopatía es una medicina alternativa ampliamente discutida y considerada por la comunidad científica como una pseudociencia.

 

Las propiedades del agua están también en el corazón de otro mito, la homeopatía. En 1988 el francés Jacques Benveniste logró publicar en Nature un estudio que decía aportar pruebas sobre la capacidad del agua de recordar las sustancias que había contenido.

El principio homeopático sostiene que, cuanto menos compuesto, más efectividad; sus preparaciones se basan en diluir un ingrediente una y otra vez hasta que desaparece de la solución, quedando sólo agua con una especie de memoria. Otros investigadores trataron sin éxito de reproducir los resultados de Benveniste, que fueron después refutados, y la hipótesis de la memoria del agua ha sido repetidamentedesacreditada. Sin embargo, en este caso el mito no ha desaparecido; a diferencia de la poliagua, la homeopatía sostiene una poderosa industria.

Una molécula muy suya

 

 

Hoy la ciencia ha descubierto que las propiedades anómalas del agua tienen mucho que ver con una estructura muy cambiante y dinámica, todo lo contrario de un material con memoria. El secreto está en la química del H₂O. El oxígeno es uno de los elementos más electronegativos de la tabla periódica; es decir, que atrae con más fuerza los electrones. En el átomo de oxígeno predomina la carga negativa, mientras que en los dos hidrógenos se acumula la carga positiva. Ambas se compensan de modo que la carga neta es cero, pero esta estructura convierte a la molécula de agua en lo que se llama un dipolo: polo negativo y polo positivo. Ninguna de las moléculas parecidas a ella tiene un carácter dipolar tan marcado. Y esta es la razón de la enorme tensión superficial, ya que las moléculas de agua tienden a pegarse fuertemente unas a otras a través de estos polos, que se unen por un tipo de enlace llamado puente de hidrógeno.

… la teoría de que las moléculas de agua podían presentarse unidas formando dodeicosaedros de caras hexagonales y pentagonales a las que llamó clatratos.

Hasta hace poco más de una década, primaba la idea de que el agua líquida tenía una estructura homogénea. En el hielo, el agua está ordenada formando pirámides triangulares, o tetraedros, con una molécula en su centro y otras cuatro en los vértices, unidas a la central por puentes de hidrógeno. Se pensaba que al pasar a líquido se mantenía la misma estructura básica, pero los huecos del tetraedro se rellenaban con más moléculas, y de ahí su mayor densidad. Hasta que en 2004 los suecos Anders Nilsson y Lars Petterson lo pusieron todo patas arriba.

Mientras estudiaban por rayos X la estructura de otra molécula en disolución, Nilsson, de la Universidad de Stanford, y Pettersson, de la de Estocolmo, descubrieron que lo más interesante estaba en el agua. En contra de lo que decían los libros de texto, su potente fuente de rayos X les revelaba que sólo una pequeña parte de las moléculas de agua líquida formaban tetraedros. La inmensa mayoría estaban en una configuración más desordenada y compacta con sólo dos puentes de hidrógeno, y no cuatro. “Proponíamos que la estructura dominante estaba seriamente distorsionada”, resume Nilsson a EL ESPAÑOL.

Un líquido con doble personalidad

 

Sólido y líquido

Resultó que esta estructura en dos fases distintas, tetraedros y masa desordenada, lo explicaba todo. Por ejemplo, cuando el hielo se derrite, el agua comienza a pasar a la estructura compacta, lo que eleva su densidad. Pero por encima de 4 ^oC, al aumentar las moléculas desordenadas, la vibración de éstas las aparta unas de otras, lo que resulta en un agua más ligera a mayor temperatura.

 

 

… meta-estables, en el cual un fluido bajo ciertas condiciones de temperatura y de presión pude alcanzar temperaturas por debajo del punto de congelación ..

Curiosamente, el modelo de Nilsson y Pettersson se parecía mucho a una hipótesis propuesta varios años antes para el agua superenfriada. Se llama así al agua por debajo del punto de congelación que se mantiene en estado líquido al impedirse la formación de hielo; en la naturaleza existe, por ejemplo, en las nubes a gran altura. En 1992, un equipo de la Universidad de Boston propuso que el agua super-enfriada se compone de dos fases, una de baja y otra de alta densidad. Estas dos fases se han relacionado con una estructura en tetraedros, la primera, y otra más desordenada, la segunda.

Así, las dos líneas de investigación, la del agua que vemos a diario y la de la superenfriada, han confluido en un mismo modelo: una mezcla de dos estructuras que conviven y que se dan en mayor o menor grado dependiendo de la temperatura. En su última revisión, publicada en Nature Communications en diciembre de 2015, Nilsson y Pettersson cuentan que el agua es heterogénea, una mezcla cambiante de fases de alta y baja densidad. “La estructura distorsionada que proponíamos se relaciona con el líquido de alta densidad que es dominante a temperatura ambiente”, dice Nilsson. Y todo encaja, añade: “Las fluctuaciones entre los líquidos de alta y baja densidad explican las propiedades anómalas del agua”.

 

Un iceberg es una enorme masa de agua en forma de hielo que flota. Dan Rea, USAF (PD)

Esta idea del agua como la mezcla de aceite y vinagre en el aliño, pero ambos compuestos por una misma sustancia, aún se está abriendo paso en la comunidad científica. Por el momento, no todos están dispuestos a dejarse convencer. Pero mientras los expertos debaten, también comienzan a reflexionar sobre un intrigante enigma.

Cuando Nilsson y Pettersson dibujan un gráfico con presiones en un eje y temperaturas en el otro, resulta que las propiedades anómalas del agua se dan exclusivamente en una región central con forma de embudo. Por encima y por debajo de esta zona desaparece la doble personalidad del agua, que adopta sólo un estado y se comporta como un líquido cualquiera. Pero se da la circunstancia de que la región del embudo corresponde a las condiciones de la Tierra. “Al parecer, el agua se vuelve anómala a las temperaturas a las que suele existir la vida”, apunta Nilsson. “¿Es pura coincidencia o es algo significativo?”, se pregunta.

Reportaje de prensa.

La fuerza nuclear fuerte hizo posible la existencia de los núcleos que atraían electrones para formar átomos

Así que, llegados a este punto podemos decir que la clave teórica que podría abrir esa puerta sería una teoría unificada que incluyese la gravitación, es decir, una teoría cuántica-gravitatoria que uniese, de una vez por todas, a Planck y Einsteins que, aunque eran muy amigos, no parecen que sus teorías (la Mecánica Cuántica) y (la Relatividad General) se lleven de maravilla.

Emilio Silvera V.

¡El Universo! Gracias a la Astronomía, la Astrofísica y otras disciplinas y estudios relacionados, estamos conociendo cada día lo que en realidad es nuestro Universo que, nos tiene deparadas muchas, muchas sorpresas y maravillas que ni podemos imaginar. ¡Son tantas las cosas que aún tenemos que aprender de éste Universo Inmenso!

       Las primeras estrellas aparecieron después de cientos de millones de años

Al principio, cuando el universo era simétrico, sólo existía una sola fuerza que unificaba a todas las que ahora conocemos, la gravedad, las fuerzas electromagnéticas y las nucleares débil y fuerte, todas emergían de aquel plasma opaco de alta energía que lo inundaba todo. Más tarde, cuando el universo comenzó a enfriarse, se hizo transparente y apareció la luz, las fuerzas se separaron en las cuatro conocidas, emergieron los primeros quarks para unirse y formar protones y neutrones, los primeros núcleos aparecieron para atraer a los electrones que formaron aquellos primeros átomos. Doscientos millones de años más tarde, se formaron las primeras estrellas y galaxias. Con el paso del tiempo, las estrellas sintetizaron los elementos pesados de nuestros cuerpos, fabricados en supernovas que estallaron, incluso antes de que se formase el Sol. Podemos decir, sin temor a equivocarnos, que una supernova anónima explotó hace miles de millones de años y sembró la nube de gas que dio lugar a nuestro sistema solar, poniendo allí los materiales complejos y necesarios para que algunos miles de millones de años más tarde, tras la evolución, apareciéramos nosotros.

Pero, veamos en otras entradas,  algo más de lo que creemos que es el universo y de lo que pudo pasar en aquellos primeros momentos.

Emilio Silvera V.

emos viajar desde el núcleo atómico hasta las galaxias

El núcleo atómico es la parte central del átomo y tiene el 99,999% de la masa atómica, su carga es positiva por los protones y, los electrones de masa negativa que orbitan a su alrededor, hace que se compensen y se consigue la estabilidad. En esa parte infinitesimal de los átomos está presente todo un “universo”: Tripletes de Quarks que conforman los nucleones (protones y neutrones) con los quarks confinados por la fuerza nuclear fuerte que está asistida por los bosones que llamamos Gluones que sirven de pegamento.

Las galaxias están en el otro extremo, es decir, son los objetos más grandes del Universo, de hecho, se podría decir que una galaxia es un Universo en miniatura. En las galaxias están las estrellas y los mundos, los Quásares y los Púlsares, los Agujeros negros y las Nebulosas, y, muy probablemente… ¡La Vida!

Es curioso cuando mi mente está libre y divagando sobre una gran diversidad de cuestiones que sin ser a propósito, se enlazan o entrecruzan las unas con las otras, y lo mismo estoy tratando de sondear sobre el verdadero significado del número 137 (sí, ese número puro, adimensional, que encierra los misterios del electromagnetismo, de la luz y de la Constante de Planck (se denomina alfa (α) y lo denotamos 2πe²/hc),o, que me sumerjo en las profundidades del número atómico para ver de manera clara y precisa el espesor de los gluones que retienen a los quarks.

Sin embargo, mi visión mental no se detiene en ese punto, continúa avanzando y se encuentra con una sinfonía de colores que tiene su fuente en miles y miles de cuerdas vibrantes que, en cada vibración o resonancia, producen minúsculas partículas que salen disparadas para formar parte en otro lugar, de algún planeta, estrella, galaxia e incluso del ser de un individuo inteligente.

Me pregunto por el verdadero significado de la materia, y cuanto más profundizo en ello, mayor es la certeza de que allí están encerradas todas las respuestas. ¿Qué somos nosotros? Creo que somos materia evolucionada que ha conseguido la conquista de un nivel evolutivo en el que ya se tiene conciencia de ser, de estar, de comprender para poder generar ideas propias sobre las cuestiones que plantea la Naturaleza que nos creó.

  Las dos imágenes representan la materia: Una es Naturaleza “inerte” y, la otra, de pensamientos

Pienso que toda materia en el universo está cumpliendo su función para conformar un todo que, en definitiva, está hecho de la misma cosa, que interaccionan con las fuerzas que rigen el cosmos y toda la naturaleza del universo que nos acoge. La luz, la gravedad, la carga eléctrica y magnética, las fuerzas nucleares, todo, absolutamente todo, se puede entender a partir del comportamiento de la materia en sus distintos estadios y situaciones, tanto a niveles microscópicos como en nuestro más cotidiano mundo macroscópico, todo son aspectos y escenarios distintos, en los que la materia, se pone distintos ropajes para representar su papel en la más grande función del Teatro del Universo: para que existan estrellas y galaxias, planetas, árboles, desiertos, océanos y multitud de espacies de seres vivos y, algunas como la nuestra por ejemplo, hemos podido evolucionar hasta alcanzar la Conciencia de Ser.

Todos somos iguales pero… ¡Con pensamientos tan diversos! ¡Culturas tan distintas! ¿Conocimientos tan distantes! Finalmente, tenemos que aceptar que, como el Universo mismo (del que provenimos), nuestra especie es también una amalgama de situaciones diferentes que, en la práctica, será difícil hacer que puedan converger.

  Cada pueblo vive en su propio mundo particular y, todos los demás les resultan extraños

Mirando a mi alrededor, de manera clara y precisa, puedo comprobar que el mundo está compuesto por una variedad de personas que, siendo iguales en su origen de especie, son totalmente distintas en sus mentes, en sus costumbres, en sus creencias y en sus conocimientos del mundo que nos rodea localmente y en ese otro que saliendo de nuestras fronteras nos lleva hasta el microscópico mundo del átomo, o, alextremo opuesto, el de las grandes estructuras de las galaxias. Desgraciadamente, no todos conocemos de cuestiones esenciales que conforman el “mundo” y, consecuentemente, también a nosotros.

La mayor parte, se aplica en sus vidas cotidianas y sin grandes sobresaltos: al trabajo, la familia y dejar transcurrir el tiempo. Es la mayoría silenciosa. Una parte menor, conforman el grupo de los poderosos; sus afanes están centrados en acumular poder, dirigir las vidas de los demás y de manera consciente o inconsciente, dañan y abusan de aquella mayoría. Son los grandes capitalistas y políticos, que con sus decisiones hacen mejor o peor las vidas del resto. Por último, existe una pequeña parte que está ajena y “aislada” de los dos grupos anteriores; se dedican a pensar y a averiguar el por qué de las cosas. La mayor preocupación de este grupo de “elegidos” es saber, quiero decir ¡SABER!, de todo y sobre todo; nunca están satisfechos y gracias a ellos podemos avanzar y evitar el embrutecimiento de nuestra especie que, a pesar de todo… ¡Se puede salvar!

Su trabajo es pensar, experimentar, buscar la verdad de la Naturaleza para saber, el por qué de las cosas

Pensando en el cometido de estos tres grupos me doy cuenta de lo atrasados que aún estamos en la evolución de la especie. El grupo mayor, el de la gente corriente, es muy necesario; de él se nutren los otros dos. Sin embargo, el grupo de mayor importancia “real”, el de los pensadores y científicos, está utilizado y manejado por políticos, militares y capitalistas que, en definitiva, aprueban los presupuestos y las subvenciones de las que se nutren los investigadores. Si el dinero empleado en inútiles ejercitos y armas, se empleara en investigación y desarrollo… ¿Dónde estaríamos ya?

La II Guerra Mundial de mal recuerdo. ¿Qué sacamos de ella? ¿Destrucción y muerte? En las dos grandes guerras mundiales (sobre todo en la segunda), tenemos un ejemplo de cómo se utilizaron a los científicos con fines militares. Los que no se prestaron a ello, lo pasaron mal y fueron marginados en no pocos casos.

Es una auténtica barbaridad el ínfimo presupuesto que se destina al fomento científico en cualquiera de los niveles del saber. Cada presupuesto, cada proyecto y cada subvención conseguida es como un camino interminable de inconvenientes y problemas que hay que superar antes de conseguir el visto bueno definitivo, y lastimosamente, no son pocos los magníficos proyectos que se quedan olvidados encima de la mesa del político o burócrata de turno, cuyos intereses particulares y partidistas miran en otra dirección.

                   

La I+D española no solo sufre los ajustes presupuestarios, sino que además tiene partidas sin utilizar. La ciencia y la tecnología, incluidas actividades civiles y militares, sufrirán el año próximo una reducción de la financiación de un 8,4% respecto a 2010, según el proyecto presupuestario, lo que se acumula al 5,5% de recorte de este año respecto a 2009. “Esto entierra definitivamente la etapa de crecimiento del gasto en I+D+i de la anterior legislatura”, señala un análisis sobre la política de investigación realizado por CC OO a partir de datos oficiales.

España partió de un retraso en este ámbito respecto a los países más desarrollados, “atraso que se corrige muy lentamente y, al ritmo actual, la convergencia con Europa tardará aún muchos años”, advierte el estudio. Igualmente se aleja el ansiado cambio del modelo productivo.

¡Qué lastima! Haber llegado a esta situación tiene un motivo de todos conocido. Sin embargo, muchos son los interesados en que el tiempo pase y no se hable de ello. Los responsables están bien instalados, tienen muy alta e inmerecidas pensiones y, mientras tanto, el Pueblo llano, la Ciencia, y la gente de la calle en general, padecen y sufren lo que otros hicieron que, además, no sólo no pagaron su culpa, sino que se encuentran tan ricamente en sus mansiones, sus viajes, sus abultadas cuentas corrientes… ¡Qué canallas y miserables! Es la peor condición humana a la que podemos llegar.

A pesar de ello, milagrosamente, el avance continúa implacable gracias a personajes que, como Ramón y Cajal -en su momento-, con medios insuficientes pero con sacrificio e inteligencia, triunfan sobre estas adversidades materiales que superan por amor a la ciencia, con trabajo y con ingenio.

Einstein nos decía algo parecido a:

“el hombre encuentra su verdad detrás de cada puerta que la ciencia logra abrir”.

 

Ese encuentro maravilloso con la luz suprema del saber es un momento mágico, que reciben y el precio que pagan al científico por sus esfuerzos, y es el incentivo que necesitan para seguir trabajando en la superación de los muchos secretos que la naturaleza pone ante sus ojos para que sean desvelados.

Cuando me pongo a escribir sin un programa previamente establecido, vuelco sobre el papel en blanco todo lo que va fluyendo en mis pensamientos, y a veces me sorprendo a mí mismo al darme cuenta de cómo es posible perder la noción del tiempo inmerso en los universos que la mente puede recrear para hacer trabajar la imaginación sin límites de un ser humano.

¡Nuestra Imaginación! ¿Dónde estará el límite? NO, no hay límites, el único límite está impuesto por el conocimiento que podamos tener de la propia Naturaleza. En ella, en la Naturaleza están todas las respuestas que buscamos a esas preguntas planteadas que nadie ha sabido contestar y, debemos persistir en el estudio y la observación, el experimento y el método científico para desvelar los secretos que nos lleven a esos conocimientos necesarios para nuestra especie si es que, realmente, queremos tener un futuro.

Aunque es cierto que nuestras limitaciones son enormes y enorme nuestra ignorancia, también lo es que, son inmensamente enormes las posibilidades que tenemos de poder ir desvelando los secretos del Universo.  Las carencias se pueden compensar con la también enorme ilusión de aprender y la inagotable curiosidad y espíritu de sacrificio que tenemos en nuestro interior, que finalmente, van ganando pequeñas batallas en el conocimiento de la naturaleza, y que sumados hacen un respetable bloque de conocimientos que, a estas alturas de comienzos del siglo XXI, parecen suficientes como punto de partida para despegar hacia el interminable viaje que nos espera.

A veces tengo que sonreír al ver el esfuerzo de mi esposa, mi mujer, mi compañera: Pone delante de mí un reloj para que sea consciente del tiempo. Sin embargo, sumergido en las cuestiones que me inquietan, el tiempo transcurre tan lentamente que… ¡No parece que se mueva! Lo que no deja de ser una maravilla si consideramos que, estoy en total reposo y es, únicamente mi mente, la que desbocada, corre mucho más rápido que lo pueda hacer la luz. Y, ya sabéis, si se viaja a la velocidad de la luz… ¡El Tiempo se ralentiza!

Es tal la pasión que pongo en estas cuestiones que, literalmente, cuando estoy pensando en el nacimiento y vida de una estrella y en su final como enana blanca, estrella de neutrones o agujero negro (dependiendo de su masa), siento cómo ese gas y ese polvo cósmico estelar se junta y gira en remolinos, cómo se forma un núcleo donde las moléculas, más juntas cada vez, rozan las unas con las otras, se calientan e ionizan y, finalmente, se fusionan para brillar durante miles de millones de años y, cuando agotado el combustible nuclear degeneran en enanas blancas, veo con claridad cómo la degeneración de los electrones impide que la estrella continúe cediendo a la fuerza de gravedad y queda así estabilizada. Lo mismo ocurre en el caso de las estrellas de neutrones, que se frena y encuentra el equilibrio en la degeneración de los neutrones, que es suficiente para frenar la enorme fuerza gravitatoria. Y, cuando llego a la implosión que dará lugar a una singularidad, ahí quedo perdido, mi mente no puede, como en los casos anteriores, “ver” lo que realmente ocurre en el corazón del agujero negro, ya  que, lo que llamamos singularidad, parece como si desapareciera de este mundo.

Emilio Silvera V.