Las fuerzas que podemos sentir en la vida cotidiana, es decir, la Gravedad y el electromagnetismo, aumentan con la cercanía: así, cuando más cerca está un clavo de un imán o una manzana del suelo, más se verán atraídos.

Por el contrario, la interacción fuerte disminuye cuanto más cerca y juntas están las partículas en el interior de los átomos, aumentando cuando las partículas se alejan las unas de las otras.

El descubrimiento de esta extraña propiedad, llamada libertad asintótica, supuso toda una revolución teórica en los años 70 (se publicó en 1.973), pero ya plenamente respaldada por los experimentos en los aceleradores de partículas, aconsejó, a la Academia, conceder 30 años más tarde, el Premio Nobel de Física a sus autores.

“Ha sido un gran alivio. He estado pensando en ello durante mucho tiempo”, comentó al enterarse de la noticia Franck Wilczek.

“No estaba claro que fuera un adelanto en aquel momento. La teoría que propusimos era descabellada en muchos aspectos y tuvimos que dar muchas explicaciones”, reconoció el investigador.

Tanto Wilczek como Politzer eran aun aspirantes a doctores en 1.973, cuando publicaron su descubrimiento en Physical Review letters. Junto a su informe, la misma revista incluyó el trabajo de David Gross, que unido al de los dos estudiantes ha dado lugar a la celebrada teoría de la Cromodinámica Cuántica (QCD).

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No pocas veces nos maravillamos al observar las cosas que vemos a nuestro alrededor y que podemos captar a través de potentes telescopios en los confines del Universo. También nuestro asombro es grande si miramos a través de microscopio y podemos ver el diminuto universo de lo muy pequeño. Todo ello, nos lleva a un viaje que va desde el asombro hasta la curiosidad pasando por nuestra inmensa ignorancia. Para mí, la explicación científica de la larga historia de la vida, por ejemplo, tiene tanto valor narrativo como misterio. Pero, ¿es realmente cierto que la ignorancia supera al conocimiento como camino más directo hacia el asombro? Sí, tenemos que afirmar en ese punto, toda vez que, con el paso del tiempo y el aumento de nuestros conocimientos sobre el “misterio de las cosas”, nuestra sabiduría crece y la capacidad de asombro disminuye.

Simplemente pensamos en los Dinosaurios y la imaginación nos transporta hacia atrás en el tiempo, a unos 200 millones de años, en los períodos conocidos como Triásico y Jurásico, aquellas criaturas vivían plácidamente hasta que, hace ahora 65 millones de años, cuando esas moles vivientes de inmensas dimensiones, deambulaban por los bosques mesozoicos por los que discurrían bestias prodigiosas, un meteorito caído en el Yucatán (México) acabo con lo que, para nosotros, hubiera sido una pesadilla.

Pero no nos desviemos de lo esencial, más antiguos aún son los trilobites, esos monarcas de los mares cámbricos que correteaban por los arrecifes tropicales hace 500 millones de años. Los fósiles de animales reclamados por la cultura popular tanto como por la Ciencia, nos ofrece una crónica biológica de gran calado. Sin embargo, los fósiles sólo registran los capítulos más recientes de la colosal épica evolutiva de la Tierra. La historia completa de la vida abarca nada menos que 4.000 millones de años, desde los extraños mundos de los océanos sulfurosos que se extendían bajo una atmósfera asfixiante, pasando por bacterias que respiraban hierro y quimeras microscópicas, hasta llegar por fin hasta nuestro familiar mundo de oxígeno y ozono, de valles boscosos, de animales que nadan, corren o vuelan. Ni Sheherazade habría imaginado un cuento más fascinante.

Pero la historia no está completa en su versión actual. No puede estarlo, toda vez que cada nuevo dato, cada nuevo descubrimiento fruto de un arduo trabajo seguido de una intensa  investigación que siempre, plantea nuevas preguntas al encontrarnos con puertas cerradas de las que no tenemos la llave.

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Posiblemente, el descubrimiento de las leyes de la mecánica cuántica habría requerido más de un cuarto de siglo se la propia naturaleza no hubiera ayudado “regalándonos” la simplicidad del átomo de hidrógeno. Su espectro tiene la regularidad necesaria que permitió a Bohr empezar a comprenderlo a partir de las embrionarias ideas de Planck y de Einstein (uno con su cuanto de acción, h – la radiación de cuerpo negro –, y el otro con su trabajo inspirado en el anterior, y que versó sobre el efecto fotoeléctrico).

Si el átomo más elemental no constituyera un sencillo sistema “integrable” de dos cuerpos, la complejidad de su espectro hubiera retrasado el progreso hacia la física cuántica. Lo mismo puede decirse de la sencillez del sistema sol-planeta y del descubrimiento de las leyes de Kepler, que facilitaron enormemente el posterior descubrimiento de Newton y de la Ley de la Gravitación Universal, y la génesis de la ciencia moderna.

Por el contrario, la unificación de la mecánica cuántica con la gravitación, uno de los retos científicos fundamentales, no parece, al menos por el momento, que esté agraciada con la misma suerte.

La escala natural en la que la gravedad y la física cuántica se mirarían de igual a igual, viene dada por la longitud de Planck, , pero ésta resulta ser extraordinariamente pequeña, del orden de 10^-33 cm, o en términos de masa-energía, , 10^-8 g aproximadamente, o E_p = M_pc2 ≈ 10¹⁹ GeV. Esta masa está muy por encima de las masas de las partículas elementales y la energía muy lejos de las energías que pueden alcanzarse en varias generaciones venideras de los aceleradores.

El efecto físico más importante donde se combina la relatividad general  y la mecánica cuántica es el que descubrió Hawking en 1974. Los agujeros negros, en la teoría puramente clásica de la relatividad de Einstein, se comportan como objetos que absorben materia pero que no permiten dejar escapar nada de ella más allá del llamado horizonte de sucesos. Pero cuando la materia es tratada según la teoría cuántica, el agujero negro pasa a ser necesariamente emisor de radiación térmica.

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Hubo que descubrir la historia antes de explorarla. Los mensajes del pasado se transmitían primero a través de las habilidades de la memoria, luego de la escritura y, finalmente, de modo explosivo, en los libros.

El insospechado tesoro de reliquias que guardaba la tierra se remontaba a la prehistoria. El pasado se convirtió en algo más que un almacén de mitos y leyendas o un catálogo de lo familiar.

Nuevos mundos terrestres y marinos, riquezas de continentes remotos, relatos de viajeros aventureros que nos traían otras formas de vida de pueblos ignotos y lejanos, abrieron perspectivas de progreso y novedad. La sociedad, la vida diaria del hombre en comunidad, se convirtió en un nuevo y cambiante escenarios de descubrimientos.

Aquí, como sería imposible hacer un recorrido por el ámbito de todos los descubrimientos de la Humanidad, me circunscribo al ámbito de la física, y, hago un recorrido breve por el mundo del átomo que es el tema de hoy, sin embargo, sin dejar de mirar al hecho cierto de que, TODA LA HUMANIDAD ES UNA, y, desde luego, teniendo muy presente que, todo lo que conocemos es finito y lo que no conocemos infinito. Es bueno tener presente que intelectualmente nos encontramos en medio de un océano ilimitado de lo inexplicable. La tarea de cada generación es reclamar un poco más de terreno, añadir algo a la extensión y solidez de nuestras posesiones del saber.

Como decía Einstein: “El eterno misterio del mundo es su comprensibilidad.”

Ahora, amigos, hablemos del átomo.

De lo Grande a lo Pequeño

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Velocidades inimaginables

En el centro del átomo se encuentra un pequeño grano compacto aproximadamente 100.000 veces más pequeño que el propio átomo: el núcleo atómico. Su masa, e incluso más aún su carga eléctrica, determinan las propiedades del átomo del cual forma parte. Debido a la solidez del núcleo parece que los átomos, que dan forma a nuestro mundo cotidiano, son intercambiables entre sí, e incluso cuando interaccionan entre ellos para formar sustancias químicas (los elementos). Pero el núcleo, a pesar de ser tan sólido, puede partirse. Si dos átomos chocan uno contra el otro con gran velocidad podría suceder que los núcleos llegaran a chocar entre sí y entonces, o bien se rompen en trozos, o se funden liberando en el proceso partículas subnucleares. La nueva física de la primera mitad del siglo XX estuvo dominada por los nuevos acertijos que estas partículas planteaban.

Pero tenemos la mecánica cuántica; ¿es que no es aplicable siempre?, ¿cuál es la dificultad? Desde luego, la mecánica cuántica es válida para las partículas subatómicas, pero hay más que eso. Las fuerzas con que estas partículas interaccionan y que mantienen el núcleo atómico unido son tan fuertes que las velocidades a las que tienen que moverse dentro y fuera del núcleo están cerca de la velocidad de la luz, c, que es de 299.792’458 Km/s. Cuando tratamos con velocidades tan altas se necesita una segunda modificación a las leyes de la física del siglo XIX; tenemos que contar con la teoría de la relatividad especial de Einstein.

Esta teoría también fue el resultado de una publicación de Einstein de 1905. en esta teoría quedaron sentadas las bases de que el movimiento y el reposo son conceptos relativos, no son absolutos, como tampoco habrá un sistema de referencia absoluto con respecto al cual uno pueda medir la velocidad de la luz.

Pero había más cosas que tenían que ser relativas. En este teoría, la masa y la energía también dependen de la velocidad, como lo hacen la intensidad del campo eléctrico y del magnético.

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