{"id":4936,"date":"2011-05-18T07:42:25","date_gmt":"2011-05-18T06:42:25","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=4936"},"modified":"2011-05-18T11:43:20","modified_gmt":"2011-05-18T10:43:20","slug":"el-universo-de-lo-muy-pequeno-2","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2011\/05\/18\/el-universo-de-lo-muy-pequeno-2\/","title":{"rendered":"El Universo de lo muy peque\u00f1o"},"content":{"rendered":"

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No es f\u00e1cil adentrarse en este universo de lo definitivamente peque\u00f1o, o incluso hablar de ello, exige un conocimiento muy profundo de las leyes de la naturaleza que rigen el mundo y que no tenemos. Las fuerzas que encontramos all\u00ed determinan la forma en la cual se mueven las part\u00edculas peque\u00f1\u00edsimas y tambi\u00e9n le dan sus propiedades por medio de unos mecanismos que no siempre llegamos a comprender.<\/p>\n

Muchos, diciendo que \u201csaben\u201d buscan refugio en un galimat\u00edas matem\u00e1tico que pocas personas \u201cnormales\u201d pueden entender a menos que sea uno de ellos, y, sin embargo, para apreciar realmente la solidez de la l\u00f3gica de las leyes f\u00edsicas, no se pueden evitar las matem\u00e1ticas que es, el \u00fanico lenguaje que pueden explicar aquello que no podemos decir con palabras. Desde siempre, he tratado de hablar de la F\u00edsica como si de cualquier otra disciplina se tratara y, he procurado soslayar ecuaciones, teoremas y funciones modulares que aterran al lector no versado y, desde luego, no siempre he conseguido transmitir lo que quer\u00eda decir.<\/p>\n

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Hacer un viaje al mundo de lo muy peque\u00f1o no resulta nada comprensible para nuestros sentidos que, acostumbrados a lo \u201cpeque\u00f1o\u201d cotidiano, cuando se adentra en lo infinitesimal, all\u00ed, las cosas se comportan de manera muy distinta a la acostumbrada en nuestro mundo real.<\/p>\n

Todos, cuando hemos sido peque\u00f1os, hemos tratado de imitar el mundo de los mayores con juguetes a escalas m\u00e1s peque\u00f1as: cochecitos, un tren, gr\u00faas y camiones, piezas de madera en colores para construir figuras, piezas met\u00e1licas que nos daban la oportunidad de emplear la imaginaci\u00f3n para construir mecanos y r\u00fasticos robots que s\u00f3lo se mov\u00edan con el impulso de nuestras manos, etc.<\/p>\n

El escritor Jonathan Swift nos dej\u00f3 aquellas fant\u00e1sticas historias de Gulliver, aquel aventurero que lleg\u00f3 a las tierras de Lilliput, en la que habitaban personas diminutas. All\u00ed todo era muy peque\u00f1o: la naturaleza, las plantas y animales, todo estaba conformado a peque\u00f1as escalas. \u00c9l era all\u00ed como un gigante: \u201cel hombre monta\u00f1a\u201d. Todas aquellas fantas\u00edas extrapoladas al fant\u00e1stico mundo de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, me hace pensar que, en realidad, la historia falla si nos ponemos a plantear preguntas. Sabemos, por ejemplo, que las llamas de las velas peque\u00f1as son aproximadamente del mismo tama\u00f1o que la llama de las velas grandes. \u00bfDe qu\u00e9 tama\u00f1o eran las llamas de las velas en Lilliput? Y cuanto m\u00e1s se piensa m\u00e1s cuestiones surgen: \u00bfC\u00f3mo eran de grande las gotas de lluvia de Lilliput y en Brobdingnag?, \u00bferan las leyes f\u00edsicas para el agua diferentes all\u00ed que en nuestro propio mundo? Y, finalmente, los f\u00edsicos se preguntar\u00edan: \u00bfDe qu\u00e9 tama\u00f1o eran los \u00e1tomos en estos lugares?, \u00bfqu\u00e9 clase de reacciones qu\u00edmicas podr\u00edan tener lugar con los \u00e1tomos del cuerpo de Gulliver?<\/p>\n

Con esas preguntas las historias fallan. La verdadera raz\u00f3n por la que los mundos de Los viajes de Gulliver no pueden existir es que las leyes de la Naturaleza no permanecen exactamente iguales cuando se cambia la escala. A veces, esto es evidente en las pel\u00edculas de desastres, donde se acostumbra a construir una maqueta a escala para simular una gran ola o un rascacielos incendiado. Los mejores resultados se obtienen cuando el factor de escala para el tiempo se elige igual a la ra\u00edz cuadrada de la escala espacial. As\u00ed, si el rascacielos se construye a escala de 1:9, hay que rodar la pel\u00edcula a un 1\/3 de su velocidad real. Pero incluso as\u00ed, el ojo entrenado notar\u00e1 diferencias entre lo que sucede en la pel\u00edcula y lo que suceder\u00eda en el mundo real.<\/p>\n

La verdad es que, las leyes que gobiernan el mundo f\u00edsico tienen dos caracter\u00edsticas importantes: muchas leyes de la Naturaleza permanecen invariables cuando cambia la escala, pero hay otros fen\u00f3menos, tales como la vela encendida que no cambian del mismo modo. La implicaci\u00f3n final es que el mundo de los objetos muy peque\u00f1os ser\u00e1 completamente diferente del mundo ordinario.<\/p>\n

Justamente en el mundo de los seres vivos la escala crea importantes diferencias. En muchos aspectos, la anatom\u00eda de un rat\u00f3n es una copia de la de un elefante, pero mientras que un rat\u00f3n puede trepar por una pared de piedra pr\u00e1cticamente vertical sin mucho esfuerzo (y se puede caer desde una altura varias veces superior a su tama\u00f1o sin hacer gran da\u00f1o), un elefante no ser\u00eda capaz de realizar semejante haza\u00f1a. Con bastante generalidad se puede afirmar que los efectos de la Gravedad son menos importantes cuanto menores sean los objetos que consideramos (sean vivos o inanimados).<\/p>\n

Cuando llegamos a los seres unicelulares, se ve que entre ellos no hay distinci\u00f3n entre arriba y abajo. Para ellos, la tensi\u00f3n superficial del agua es mucho m\u00e1s importante que la fuerza de la gravedad. Basta observar que la tensi\u00f3n superficial es la fuerza que da forma a una gota de agua y comparar el tama\u00f1o de esa gota con los seres unicelulares, much\u00edsimo menores, para que sea evidente que la tensi\u00f3n superficial es muy importante a esta escala.<\/p>\n

La tensi\u00f3n superficial es una consecuencia de que todas las mol\u00e9culas y los \u00e1tomos se atraen unos a otros con una fuerza que nosotros llamamos fuerza de Van der Waals<\/a>. Esta fuerza tiene un alcance muy corto. Para ser precisos, diremos que la intensidad de esta fuerza a una distancia r es aproximadamente proporcional a 1\/r\u2077. Esto significa que si se reduce la distancia entre dos \u00e1tomos a la mitad, la fuerza de Van der Waall con la que se atraen unos a otros se hace 2x2x2x2x2x2x2 = 128 veces m\u00e1s intensa. Cuando los \u00e1tomos y las mol\u00e9culas se acercan mucho unos a otros quedan unidos muy fuertemente a trav\u00e9s de esta fuerza.<\/p>\n

Johannes Diderik van der Waalls (1837 \u2013 1923), al finalizar su carrera present\u00f3 una tesis que le har\u00eda mundialmente famoso: \u201cSobre la continuidad del estado l\u00edquido y gaseoso\u201d. En aquella \u00e9poca, la existencia de las mol\u00e9culas y los \u00e1tomos no estaba a\u00fan completamente aceptada. Aquel trabajo revolucion\u00f3 el mundo cient\u00edfico y, el famoso f\u00edsico James Clerk Maxwell, muy impresionado con su lectura, aconsej\u00f3 a unos cuantos investigadores que empezaran a estudiar holand\u00e9s, el idioma de Van der Waalls que, recibi\u00f3 el Premio Nobel en 1910.<\/p>\n

Los tama\u00f1os de los seres unicelulares, animales y vegetales, se miden en micr\u00f3metros o \u201cmicras\u201d, donde una micra es un 1\/1.000 de un mil\u00edmetro, aproximadamente el tama\u00f1o de los detalles m\u00e1s peque\u00f1os que se pueden observar con un microscopio ordinario. El mundo de los microbios es fascinante y, llevado por mi enorme inter\u00e9s de la existencia de vida en otros mundos he tenido la oportunidad de profundizar en sus mundos que, por s\u00ed mismos, son otro universo dentro de \u00e9ste, pero como esa no es la raz\u00f3n del presente comentario, lo dejar\u00e9 aqu\u00ed. Nosotros continuamos nuestro viaje hacia el mundo de lo muy peque\u00f1o y llegar hasta los\u00a0 \u00e1tomos y a las mol\u00e9culas mismas. En este punto, la fuerza de Van der Waalls nos abre paso a un reino de fuerzas mucho m\u00e1s sofisticado: las de la qu\u00edmica.<\/p>\n

El qu\u00edmico ve los \u00e1tomos como objetos m\u00e1s o menos esf\u00e9ricos de un di\u00e1metro de uno a varios angstrom, donde un angstrom es 1\/10.000 de una micra, es decir, 10\u00b9\u2070 metros (una diez mil millon\u00e9sima parte de un metro). Pr\u00e1cticamente toda la masa de un \u00e1tomo se encuentra en un peque\u00f1o grano situado en el centro, llamado n\u00facleo, sobre el que hablaremos en otro trabajo.<\/p>\n

Nos queda un buen camino por recorrer. En la naturaleza y en los dem\u00e1s sistemas que la integran, buena parte de los procesos que ocurren son intr\u00ednsecamente discretos, es decir, involucran (o podr\u00edan modelarse con) conjunto discretos de part\u00edculas o individuos que interaccionan entre s\u00ed de una determinada manera. \u00c1tomos, mol\u00e9culas, prote\u00ednas, bacterias, c\u00e9lulas, animales, personas, o incluso los factores del clima, son ejemplos de agentes activos en estos procesos, que cuando se juntan en un n\u00famero lo bastante grande, dan lugar a la formaci\u00f3n de cosas o cuestiones complejas de grandes dimensiones (galaxias o sociedades humanas, por ejemplo), que dan lugar a comportamientos colectivos que en nada nos recuerdan las interacciones microsc\u00f3picas individuales.<\/p>\n

Siempre tengo en mi mente que todo lo grande est\u00e1 hecho de cosas peque\u00f1as; sino, \u00bfqu\u00e9 es la felicidad? La felicidad no es otra cosa que esos peque\u00f1os momentos en que las cosas sencillas colman nuestros deseos: ayudar al ser amado, tener cogida su mano, una buena lectura, o\u00edr la m\u00fasica que te transporta a un lugar m\u00e1gico, degustar una sencilla comida casera hecha con amor, en triunfo de un hijo, el fracaso de los malvados, un vaso de agua en el desierto, una caricia\u2026 todo eso es la felicidad.<\/p>\n

Estamos en una \u00e9poca en la que existe la convicci\u00f3n de que buena parte del desarrollo tecnol\u00f3gico del futuro depender\u00e1 de la capacidad que tengamos para fabricar dispositivos con un tama\u00f1o comprendido entre el de los \u00e1tomos (< 1 mm) y el de los dispositivos actuales (\u2248 100 nm). Con estas dimensiones, la materia presenta comportamientos peculiares, en muchos casos de origen cu\u00e1ntico, que no resultan de una simple extrapolaci\u00f3n de sus propiedades macrosc\u00f3picas (mec\u00e1nicas, electr\u00f3nicas, magn\u00e9ticas, qu\u00edmicas u \u00f3pticas), y que por ello son, a menudo, sorprendentes. Estas dimensiones corresponden al territorio l\u00edmite entre la qu\u00edmica molecular y supramolecular, y la f\u00edsica del estado s\u00f3lido. El estudio de la materia a escala nanom\u00e9trica y su utilizaci\u00f3n para la fabricaci\u00f3n de compuestos (componentes) y dispositivos con prestaciones avanzadas y novedosas reciben el nombre de, respectivamente, nanociencia<\/em> y nanotecnolog\u00eda<\/em>.<\/p>\n

Curiosamente, existe una creencia bastante arraigada en amplios sectores de la comunidad cient\u00edfica de que la fot\u00f3nica<\/em> (conjunto de tecnolog\u00edas relacionadas con la luz) es un campo que cae fuera del universo de la nanotecnolog\u00eda. La creencia se apoya en el cl\u00e1sico criterio de Rayleigh de que la resoluci\u00f3n espacial de un sistema \u00f3ptico est\u00e1 limitada por la longitud de onda de la luz (\u2248 500 nm), y por ello es pr\u00f3xima al micr\u00f3metro, muy lejos de los requisitos de la nanotecnolog\u00eda.<\/p>\n

Yo, por mi parte, estimo que esta divisi\u00f3n es sin duda err\u00f3nea, y hoy en d\u00eda la fot\u00f3nica est\u00e1 \u00edntimamente implicada con la nanotecnolog\u00eda, e incluso se puede hablar propiamente de nanofot\u00f3nica<\/em>, de igual manera que se puede hablar de nanoelectr\u00f3nica<\/em> o de nanomagnetismo<\/em>.<\/p>\n

\u00a1Qu\u00e9 maravilloso cuando, dentro de muchos a\u00f1os, podamos dominar t\u00e9cnicas que ahora nos parecer\u00edan milagrosas! Alg\u00fan d\u00eda construiremos instrumentos que, como un peque\u00f1o reloj de pulsera, crear\u00e1 a nuestro alrededor un campo capaz de repeler los electrones<\/a> de una pared, de tal manera que, sin dificultad alguna, nos permita traspasarla como si fu\u00e9ramos un fantasma. S\u00ed, suena a ciencia ficci\u00f3n, pero ser\u00e1 posible como el transportar objetos de un lugar a otro mediante m\u00e1quinas que desintegran la materia en Madrid, y en una fracci\u00f3n de segundo, la enviar\u00edan a Londres.<\/p>\n

Pero a pesar de ello, de tanto adelanto y tantos conocimientos, el milagro reside en otra parte: \u00a1necesitamos querer y que nos quieran! \u00a1Podemos llorar y re\u00edr! Como siempre me ocurre, mi imaginaci\u00f3n me hace desviarme del camino inicial y me introduce por senderos que, cuando comenc\u00e9 a escribir, ni sab\u00eda que se pondr\u00edan delante de m\u00ed, y, desde luego, mi mente desbocada (humana, al fin y al cabo) hace uso de su libre albedr\u00edo y, dejando al lector con dos palmos de narices, le habla de cosas nuevas que, nada tienen que ver con la historia que al principio se contaba. Retomaremos el tema en otro trabajo.<\/p>\n

Diversas fuentes.<\/p>\n

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