Construir el mundo E-Book

Enrique Gracián

• Herausgeber: Arpa
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Spanisch
• Veröffentlichungsjahr: 2020

Seitenzahl: 421

Beschreibung

 Un viaje extraordinario desde los confines de la materia y el universo hasta el inagotable mundo interior de nuestra mente.    El colosal desarrollo alcanzado por la química, la física y la astrofísica nos ha proporcionado un profundo conocimiento del mundo y una insospechada capacidad para construir dispositivos tecnológicos. Pero nos sumimos también en una ignorancia cada vez mayor de nuestra naturaleza interior. Una encrucijada de la que resulta difícil salir si no aprendemos a distinguir con claridad lo que es material y lo que es inmaterial.     Enrique Gracián se sirve del concepto de "construcción" para concebir un juego, tan sencillo como ingenioso, que nos desvela con asombrosa claridad la lógica interna de la química y la física: cómo se construye el mundo. Un juego con reglas bien definidas en el que solo intervienen unas pocas piezas, la forma de unirlas y el objetivo final. Mediante una labor de divulgación científica fuera de lo común, el autor traza un recorrido que empieza con las partículas elementales, sigue con los elementos de la tabla periódica y asciende hasta los planetas, las estrellas y las galaxias, para finalizar, en el viaje de regreso, en nuestro mundo interior, donde reside lo intangible, las emociones, los sueños, la memoria y las creencias.     Construir el mundo no es solo un "curso rápido de física y astrofísica", es sobre todo un viaje sorprendente a través de la ciencia en el que el lector descubrirá que la materia oscura del universo y nuestro inconsciente guardan paralelismos insospechados, que nuestra sensación de soledad responde a una realidad física, que los campos gravitatorios que rigen los planetas tienen un claro paralelismo en nuestras relaciones humanas, o que la geografía estelar es tan esencial como la terráquea para comprendernos y comprender el mundo.       

Leseprobe

CONSTRUIR EL MUNDO

Enrique Gracián

CONSTRUIR EL MUNDO

© del texto: Enrique Gracián, 2020

© de esta edición: Arpa & Alfil Editores, S. L.

Primera edición: septiembre de 2020

ISBN: 978-84-17623-66-1

Diseño de colección: Enric Jardí

Diseño de cubierta: Anna Juvé

Maquetación: Àngel Daniel

Ilustraciones del interior: Enric Gatell

Producción del ebook: booqlab

Arpa

Manila, 65

08034 Barcelona

arpaeditores.com

Reservados todos los derechos.

Ninguna parte de esta publicación puede ser reproducida, almacenada o transmitida por ningún medio sin permiso del editor.

Para Anna y Julieta

«El mundo es todo lo que acontece».

L. WITTGENSTEIN

SUMARIO

PRIMERA PARTE: PIEZAS ELEMENTALES

La tienda

Primeros pasos

Juegos de construcciones

Tiempo libre

Nomenclatura

Listas y tablas

Mendeléyev

La tabla

Átomos

Aislados

La negociación

Carbono

Estratégicos

Fuerzas

Fotones

Ondas

Un mono tocando el tambor

La doble naturaleza de las cosas

Creer o entender

SEGUNDA PARTE: LAS FÁBRICAS DEL UNIVERSO

Saber contar

Números muy grandes y números muy pequeños

Discreto y continuo

Luz y oscuridad

Una vara de medir

La memoria del tiempo

La fuerza de la gravedad

Cónicas

Las curvas del universo

Períodos

Tirar piedras

La montaña de Newton

Polizones

Bases de lanzamiento

Cercanías

Largo recorrido

Ciencia y tecnología

La fuerza es cosa de dos

Campos

Cultura

Dónde estamos

El tour de los planetas

Reloj cósmico

Espacio profundo

Cefeidas

Las computadoras de Harvard

Cielo inmenso

En el valle verde

Plasma

Protoestrellas

Fusión

El encendido

La temperatura de las estrellas

El pulso de las estrellas

La vida de las estrellas

La secuencia principal

Efecto túnel

Las fábricas del universo

Polvo de estrellas

TERCERA PARTE: JUEGOS, JUGUETES Y JUGADORES

La caja china

Lo inquietante

Las reglas de juego

Destrucción

Entropía

Melpómene

Ex uno lapide

Degradación

El maestro ha enloquecido

En busca de la pieza original

Algo de ciencia ficción

Homo constructor

La especie dominante

El botón

Algoritmos

Diseño

El demonio de Laplace

Programar el azar

CUARTA PARTE: CONSTRUYENDO INTANGIBLES

Intangibles

El mundo interior

Memoria

El recuerdo

Dando vueltas a lo mismo

El nacimiento de la ciencia

Creencias

Lo intangible del ser

La frontera

Los sueños

El bicho

Silencio

AGRADECIMIENTOS

PRIMERA PARTE

PIEZAS ELEMENTALES

LA TIENDA

Para construir el mundo lo primero que tienes que hacer es ir de compras a una tienda especializada en partículas subatómicas. No creas que vas a ir a parar a un pequeño comercio, de esos en los que puedes encontrar mantequilla, toallas y martillos en la misma estantería, ni mucho menos. Las partículas subatómicas se venden solo en grandes superficies, de esas que tienen largos pasillos por los que deambulas envuelto en una aburrida música ambiente, solo interrumpida por una seductora voz que anuncia las últimas promociones. Verás que la mayoría de los clientes caminan silenciosamente, llevan gafas y observan. Rara vez compran algo. Son coleccionistas. Y es que la mayoría de las partículas subatómicas no tienen ninguna utilidad práctica.

Como sucede con frecuencia en este tipo de establecimientos, es fácil que al cabo de un rato no sepas dónde estás, ni qué es lo que has ido a comprar. Cíñete a tu lista de la compra y déjate guiar por los paneles orientativos, los que tienen un punto rojo en el que dice: «Usted está aquí» (nunca se equivocan, siempre estás donde dicen que estás).

Lo primero que vas a encontrar son los expositores con los «Kits para principiantes». Son muy económicos y vienen en envoltorios muy atractivos. No te los recomiendo por dos motivos: primero porque las piezas no son siempre de primera calidad y segundo porque suelen dejarte a medio camino. Si vas a construir el mundo no te puedes quedar a medias tintas, o te pones o no te pones. Y piensa que lo de «principiantes» no es más que un reclamo comercial. Además, aunque te suponga un mayor desembolso, te aconsejo que compres piezas de primera calidad, especialmente cuando se trata de cuarks (no te fíes de aquellos que están fabricados en países exóticos).

Bien. Vamos al asunto. Dirígete a la zona de los «Fermiones» y busca la estantería de los cuarks, que es donde vas a hacer tu primera compra. Cuarks los hay de diferentes tipos, pero los que te interesan están en unas cajas en las que pone Up o Down. Si las abres verás que contienen piezas como estas:

La D significa Down y la U Up.

Los hay de tres colores: rojo, verde y azul. Compra varias cajas de diferentes colores. Aunque al principio solo necesitarás unos seiscientos, es bueno que compres de más, ya verás por qué. Después ve a la sección de «Bosones», y, dentro de esta, a la subsección de pegamentos. Has de comprar un Super Glue que en la etiqueta ponga «Gluones». Son bastante caros. Son chinos, pero en este caso no hay dónde elegir, ya que es el único país que los produce. Luego te adentras en la sección de «Leptones». Una vez allí, localiza la estantería de los electrones y hazte con una bolsa de las grandes (la mayoría de las tiendas los venden a granel). Tranquilo. No pesan. Verás que son como un enjambre de avispas enloquecidas, pero no te preocupes porque no hacen nada.

Luego ve a la zona de «Complementos», concretamente a la sección «Mendeléyev». Si estás a principios del curso escolar es probable que tengas que hacer cola, ya que en estas fechas se llena de estudiantes y profesores de instituto. Es donde venden los casilleros. El mundo de los casilleros puede llegar a ser muy friki. Los hay circulares, en forma de hélice o de estrella, con las casillas iluminadas con leds y también con imágenes 3D y sonidos incorporados. Tonterías las justas. Tu casillero ha de tener este aspecto:

Elige el que más te guste. A mí me gustan los que son un poco grandes y de madera natural barnizada. Muchos los venden con un casillero suplementario algo más pequeño, pero de momento vamos a prescindir de él. La distribución de las casillas parece algo caprichosa, pero aquí todo tiene un motivo (o casi todo). Los hay que tienen más de 120 casillas, pero para empezar no te hacen falta casilleros tan grandes. Compra el más pequeño que encuentres.

Y hablando de tamaños, te habrás dado cuenta de que, aunque todo lo que has comprado en la sección de partículas es realmente muy pequeño, los embalajes son desproporcionadamente grandes. Son cosas del marketing. De manera que saldrás con un montón de bolsas. Es mejor que vayas en coche.

Ahora viene lo divertido, que es cuando llegas a casa, despejas una mesa grande que tenga buena iluminación y empiezas a deshacer los paquetes, colocando a la vista y de manera ordenada todo lo que has comprado. Lo mismo que haces cuando vuelves de una compra en Ikea. La única diferencia es que ahora en vez de construir una estantería vas a construir el mundo.

Piensa que te has hecho con un juego de construcciones que no es cualquier cosa. Tienes que leer bien las instrucciones y seguirlas al pie de la letra.

Apaga el móvil.

Empezamos.

PRIMEROS PASOS

Sitúa el casillero bajo una luz y observa detenidamente la numeración de las casillas. Verás que en las filas 6 y 7 la numeración salta del 57 al 72 y del 89 al 104. Aquí es donde habría que colocar el suplemento que no compraste. De momento no lo vamos a necesitar. También verás que en cada una de las casillas hay letras. Luego te explico lo que significan.

De lo que se trata ahora es de rellenar cada una de las casillas con unas bolitas, para lo cual lo primero que tenemos que hacer es construir las bolitas. Haremos dos tipos, las P y las N, que se construyen de la siguiente manera (las llamo bolitas porque son muy pequeñas, pero como odio los diminutivos a partir de ahora las llamaré bolas). De la caja de cuarks coges dos U y un D y los unes con el Super Glue.

Esta es la manera de construir una bola P:

Para construir una bola N has de hacer lo mismo, pero con dos D y una U.

Lo de los colores es muy sencillo. Puedes elegir los que quieras, siempre y cuando en una misma bola no haya dos colores iguales. Es fácil.

Ponte a fabricar bolas P y N hasta que te aburras o hasta que se te acaben los cuarks.

Escucha música.

Ahora sacamos de la bolsa de electrones una de las avispas enloquecidas y la acercamos a una bola P. Verás que enseguida se pone a dar vueltas a su alrededor. El paso siguiente es coger esta bola P con su electrón e introducirla en la casilla número 1. Luego cogemos dos bolas P y dos N y las colocamos en la casilla 2. A partir de aquí es cuestión de paciencia. Se trata de rellenar todas las casillas del tablero. Por ejemplo, en la casilla 32 pondremos 32 bolas P y 32 bolas N (recuerda que cada bola P va siempre acompañada de su correspondiente avispa enloquecida). De momento, a partir de la segunda casilla, pon siempre el mismo número de bolas N que de bolas P1.

Ya veo: tengo que poner tantas bolas P como indica el número de la casilla.

Sí.

Al conjunto de bolas P y N que hay en cada casilla lo llamaremos núcleo.

De las avispas enloquecidas no hay que preocuparse: si el núcleo tiene 16 bolas del tipo P, cuando lo acerquemos a la bolsa de avispas enloquecidas se pondrán a revolotear 16 de ellas, que en ese momento dejarán de estar enloquecidas y bailarán una alegre danza alrededor del correspondiente núcleo.

Y ya está, eso es todo.

Con los elementos del tablero se puede construir una mariposa, un autobús o una galaxia. Cualquier cosa.

Es una pasada.

Sí.

¿Y ya está?

Sí. De hecho, podría acabar este libro aquí, pero voy a continuar un poco más.

Ahora viene lo de las letras que te decía antes. A cada uno de los elementos que hay en el casillero se le ha puesto un nombre. Por ejemplo, al de la casilla 26 se le llama hierro y al de la 47, plata. Verás que las letras correspondientes son Fe para el hierro y Ag para la plata.

¿Estás diciendo que la diferencia que hay entre el hierro y la plata es simplemente que una casilla tiene 21 bolas P más que la otra?

Sí. Ya sé que parece magia.

Cuando en la casilla número 10 coloques las 10 bolas P (con sus correspondientes electrones) y las 10 bolas N tendrás un gas llamado neón, que se utiliza para hacer letreros luminosos. Si ahora le añades 70 más te irás a la casilla 80 y lo que tendrás es un metal líquido con el que se fabricaban termómetros, el mercurio. Piensa que dos cosas tan diferentes, en todos los sentidos, como el oxígeno que respiramos y el oro de la cadenita que cuelga de tu cuello, se diferencian en un número, concretamente en el número de bolas P.

Vivimos en un mundo de números y apariencias. Todo lo que existe en el universo está formado por los elementos del casillero. Es así. Todo lo que has comprado en la tienda sirve para construir la materia.

¿Y lo que no es materia?

Vamos a convenir, de momento, que cuando hablamos, por ejemplo, de la conciencia, la venganza, los sistemas operativos, el miedo, la envidia, la bondad o el instinto homicida no nos referimos a elementos materiales. Es algo que todo el mundo sabe (siempre y cuando no empecemos a darle demasiadas vueltas). De manera que entenderemos por materia todo aquello que se pueda construir con los elementos del casillero.

En cada casilla, además del número que nos dice cuántas bolas P debemos poner, también hay unas letras que sirven para identificar a cada uno de los elementos. Por ejemplo, en la casilla 29 tenemos Cu, que es una abreviatura de cuprum (cobre), palabra latina que a su vez procede del griego kypros, que era el antiguo nombre de la isla de Chipre, lugar en el que había importantes yacimientos de este mineral. O el Hf (hafnio), elemento que fue descubierto en Copenhague, cuyo nombre en latín es hafnia (por cierto, el hafnio es un elemento que se encuentra en lugares tan dispares como en los reactores de los submarinos nucleares o en los procesadores de los ordenadores que tenemos en casa). La mayoría de estos nombres son toponímicos, es decir, que indican su lugar de procedencia. Otros son descriptivos, como Li (litio), que proviene del griego lithos, que quiere decir piedra. Y otros son honoríficos, como el copernicio, Cn, o el einstenio, Es, en honor a Copérnico y Einstein respectivamente. Aunque obviamente ninguno de los dos tuvo nada que ver con el descubrimiento de estos elementos. Valga decir que hay bofetadas para poder pasar a la posteridad en el casillero. Es mucho más importante que le pongan tu nombre a un elemento del casillero que a una plaza o a una calle.

1 En realidad, la manera de determinar el número de bolas N es algo más complicado, pero de momento seguiremos esta sencilla regla.

JUEGOS DE CONSTRUCCIONES

Lo más importante a tener en cuenta en un juego de construcciones son las piezas elementales y la forma de unirlas. Una de las características clave de las piezas es su potencial versatilidad. Supongamos que tenemos un juego de mesa con el que se pueden construir casas y en el que hay dos grupos de piezas. En el primero las piezas son como estas:

Con ellas se pueden construir líneas divisorias y paredes. Y en el segundo grupo hay estos dos tipos de piezas:

que solo sirven para hacer columnas o ventanas.

Las piezas del primer grupo son claramente más versátiles que las del segundo, ya que permiten un mayor margen de improvisación, en parte debido a que por sí mismas no representan gran cosa. En general, la versatilidad de un juego de construcciones depende, en gran medida, de que no haya muchos modelos diferentes de piezas elementales. Un juego con una única pieza:

puede ser más versátil que otro con tres:

Paradójicamente, cuanto más simples sean las piezas, mayor variedad y complejidad tendremos en las construcciones. Los seres vivos, por ejemplo, se construyen con un muestrario de piezas muy limitado, poco más de media docena. Y el universo, como hemos visto antes, también se construye con un número relativamente bajo de piezas.

En física, concretamente en física cuántica, este tipo de piezas reciben el nombre de «partículas elementales» y tienen una definición simple y precisa: una partícula es elemental cuando no está compuesta por partículas más pequeñas.

Una parte muy interesante de la historia de la física es la del descubrimiento paulatino de partículas «más elementales» que las conocidas hasta el momento. El átomo fue durante siglos la partícula elemental de la materia (átomo es una palabra proveniente del griego que quiere decir indivisible). Más adelante se descubrieron en el interior del átomo el núcleo y los electrones. Luego, se supo que el núcleo estaba formado por neutrones y protones. Y, por último, que estos estaban constituidos por otras partículas (estas sí, muy, muy elementales) a las que se bautizó con el nombre de cuarks. No es fácil decidir en qué momento el proceso de «elementalidad» se puede dar por finalizado.

Para conocer la naturaleza y la estructura de cualquier construcción es necesario determinar cuáles son sus piezas elementales. En el ámbito doméstico, es lo que hacemos al llegar a casa con un mueble de Ikea (que no deja de ser como un juego de construcciones) al extender en alguna superficie el conjunto de sus piezas elementales que vienen reseñadas en el pliego de instrucciones. Es un juego muy poco o nada versátil (no pretende ser otra cosa). Y es que una mayor o menor versatilidad de las piezas no es ni mejor ni peor, ya que depende del objetivo que se persiga.

Si en una construcción concreta un conjunto de piezas se utiliza siempre de la misma forma

puede ser ventajoso introducir en el juego una única pieza que sustituya a las anteriores.

Esto es algo que, con el tiempo, después de millones de años, suele suceder en el caso de los seres vivos. Son cosas de la evolución.

Además de la forma de las piezas, también hay que tener en cuenta los materiales con los que están hechas, ya que estos son decisivos a la hora de elegir la manera cómo se van a unir unas con otras. Si son de madera necesitaremos cola. Si son de piedra, las podremos unir por simple asentamiento o asegurarlas con cemento. Si son metálicas lo haremos utilizando tuercas y tornillos o soldaduras, aunque también se podría recurrir a imanes. O a nada. Hay juegos en los que las piezas se unen entre ellas sin más, gracias a la manera que tienen de encajar las unas con las otras, como es el caso de Lego o el de la mayoría de las proteínas.

Decidir la manera cómo se van a unir las piezas entre ellas no es una cuestión trivial, ya que según el modelo que se adopte el proceso será reversible o no. Si para construir una casa con piezas de madera utilizamos cola de impacto, una vez hayamos acabado la construcción el juego habrá terminado. Ya no podremos seguir jugando. Podremos jugar con la casa, pero no a construir casas. En cambio, si lo que hacemos es simplemente encajarlas unas con otras siempre podremos empezar de nuevo1.

Recuerdo que de niño me gustaban los juguetes de metal que tenían tornillos, porque ofrecían la posibilidad de desmontarlos y volverlos a montar. Odiaba los que basaban la unión de las piezas en soldaduras.

Cada vez es más difícil encontrar juguetes que sean de metal.

Ya lo sé.

¿Cuándo volveremos a la tienda?

El concepto de piezas elementales es un concepto relativo. Especialmente cuando se trata de construcciones irreversibles. Por ejemplo: supongamos que tenemos un conjunto de piezas elementales que sirven para construir casas (podemos imaginar pequeños ladrillos que unimos con algún tipo de cemento) y que nos dedicamos a eso, a construir casas, muchas casas. Ahora cambiamos de escenario y empezamos un nuevo juego que consiste en construir una ciudad. Las piezas elementales ya no serán los ladrillos sino las casas.

También podemos verlo como un juego con diferentes niveles, donde en cada nivel construimos las piezas elementales del siguiente nivel. Y eso es lo que vamos a hacer ahora con los elementos del casillero, los consideraremos como piezas elementales de un siguiente nivel.

Es lo que haremos para construir el mundo: primero, con los cuarks y los electrones construimos átomos; y en la siguiente fase, con los átomos construimos moléculas y compuestos.

O sea que vamos a entrar en materia.

1 Queda en el aire una pregunta de difícil respuesta: ¿es el Universo una construcción irreversible?

TIEMPO LIBRE

Cuando aparecimos aquí, en la Tierra (es una manera de hablar), los procesos de construcción ya estaban muy avanzados y, obviamente, se habían llevado a cabo sin nuestra participación. La mayoría de los materiales, por no decir todos, eran de importación. Procedían de las estrellas.

Lo ya construido es lo que llamamos «la naturaleza».

Si la naturaleza te proporciona absolutamente todo lo que necesitas, casi se puede decir que vives en el paraíso. Cuando no te da nada te mueres. Desde el origen, la vida de los seres humanos se ha desarrollado entre esos dos extremos, para conseguir, con mayor o menor éxito, satisfacer necesidades tan básicas como techo, comida y vestido.

Lo primero que hay que hacer antes de construir algo es utilizar lo que tienes a mano (la naturaleza no te lo da todo, pero te da bastantes cosas). Para combatir las inclemencias del tiempo y los horrores de la noche el hombre buscó refugio en cuevas naturales (las cavernas). Seguro que las había mejores y peores, y que a base de probar la gente se quedaba en la que reunía las mejores condiciones. Si siempre acabas yendo a la misma cueva, lo que empieza como refugio puede acabar siendo vivienda. Es entonces cuando acondicionas el interior (todo parece indicar que el interiorismo fue una práctica anterior a la arquitectura). Se mejora la seguridad de la entrada, se busca un sitio en el que poder hacer fuego y no morir asfixiado por el humo y, si se tercia —¿por qué no?—, se decoran las paredes con pinturas al fresco. En definitiva, se acondiciona un lugar en el cual poder estar tranquilo, al menos durante un rato, que es de lo que se trata. Todo esto, insisto, siempre y cuando se hayan alcanzado los mínimos que exige la supervivencia. Está claro que no puedes ponerte a dibujar paredes si estás aterido de frío, muerto de hambre o bajo la amenaza de un tigre dientes de sable.

Este espacio-tiempo de «tranquilidad» es esencial para iniciar cualquier juego de construcciones (en realidad para iniciar cualquier tipo de juego). Cuando huyes porque te está persiguiendo una fiera cuyo único objetivo es devorarte, no puedes, a la vez que corres, diseñar y construir una lanza con una afilada punta de sílex atada con un trozo de liana a un palo de madera. En ese momento, lo único que puedes hacer es correr.

Es por esto que se hace tan necesario, hasta el punto de que debe incluirse entre los factores de supervivencia, poder disponer de tiempo libre en un espacio adecuado. Son las condiciones iniciales del juego, sin las cuales no se puede empezar a construir nada.

Una vez sabes de qué materiales dispones, el primer paso es construir herramientas. Las primeras herramientas se utilizan para hacer dos cosas tan básicas como cortar y golpear. Luego vienen otras más sofisticadas, que sirven para afilar, pulir o coser. Y es que comer lleva a cocinar; vestirse, a tejer; y disponer de un techo, a construir casas. Y para hacer todo esto era necesario disponer de herramientas, materiales y… tiempo.

Eran vidas cortas e intensas en las que los humanos actuaban motivados por el miedo, la necesidad y la curiosidad. Probablemente en este orden.

En el mejor de los casos, el entorno puede facilitar materiales muy básicos como piedras, maderas y algún tipo de cuerda vegetal. Son con los que se empezaron las primeras construcciones. Pasado algún tiempo, pongamos un par de millones de años, empezaron a utilizarse materiales que no fueran piedras más o menos modificadas. Fue un momento clave de la prehistoria, en el que se pasó de la Edad de Piedra a la Edad de los Metales. Y fue entonces cuando asomaron los primeros elementos del casillero.

La lista de estos primeros elementos es relativamente corta: cobre, hierro, estaño, plomo, oro, plata y algunos más exóticos, como el mercurio o el azufre. La mayoría en estado nativo. Todos ellos jugaron, en mayor o menor medida, un papel crucial en la historia de la humanidad, hasta el punto en que la Edad de los Metales se subdivide en la Edad de Cobre, de Bronce o de Hierro1, elementos con los que se construían herramientas, recipientes, objetos decorativos o joyas. Y también armas.

Dominar los elementos significa que vas a sobrevivir, pero también que vas a empezar a competir; con la naturaleza, con los animales y también con seres de tu misma especie. La posesión de una herramienta potente nos da seguridad y también una incipiente sensación de poder.

Imagínate la siguiente situación: estás en un campo de batalla y te vas a enfrentar al enemigo. Es una lucha a base de espadas y escudos. Cuando se produce tu primer encuentro y tu espada choca con la del enemigo oyes un ruido seco, diferente del que estás habituado. Tu espada se ha partido en dos, mientras que la de tu oponente sigue intacta. En un instante, tu asombro deja paso al miedo: sabes que estás muerto. Algo así debió suceder cuando los egipcios, con sus espadas de bronce, se enfrentaron por primera vez a los hititas, un pueblo que había aprendido a construir espadas de hierro. La carrera armamentística, que comenzó en los albores de la historia y continúa sin respiro hasta nuestros tiempos, es el ejemplo paradigmático de un escenario altamente competitivo, en el que los elementos del casillero han desempeñado un papel decisivo.

El conocimiento de los elementos se ceñía a las cualidades que manifestaban, ya fueran de carácter práctico o con tintes metafísicos. Se hablaba así de la magia del oro, de la fuerza del hierro o de la maldición bíblica del azufre, que podía llover de los cielos en forma de fuego.

La aparición de nuevos elementos y su identificación (por no hablar de su posible utilización) fue un proceso muy, muy lento. Pensemos que hasta la primera mitad del siglo XVIII tan solo se conocían 14 elementos: carbono, azufre, hierro, cobre, zinc, arsénico, plata, estaño, antimonio, oro, mercurio, plomo, bismuto y fósforo, más o menos en este orden. Esta escasez de elementos conocidos se debió en gran parte a la dificultad que supone obtener elementos que no se encuentren en estado nativo, muchos de los cuales requieren para su extracción o aislamiento de operaciones de cierta complejidad. Fue con el progresivo desarrollo técnico y científico que el número de elementos conocidos fue aumentando. La búsqueda de elementos nuevos se convirtió en un fin en sí mismo. Fue entonces cuando aparecieron los «cazadores de elementos». En los siglos XVII y XVIII la lista se incrementó en 12 elementos y en la primera década del XIX se amplió con otros 16.

Se había iniciado el fascinante proceso en el que la alquimia acabaría siendo química y la magia se transformaría en ciencia.

1 Aunque el bronce es una aleación de cobre y estaño, lo que supone un estado más avanzado en la manipulación de elementos.

NOMENCLATURA

Una de las metas más importantes de cualquier disciplina científica es la construcción de un lenguaje propio que incluya la terminología y la simbología necesarias para definir y articular conceptos. Este ha sido sin duda uno de los éxitos de la matemática. Una expresión como:

tiene un significado muy preciso1 y lo interpreta igual un chino, un australiano o un finlandés. Algo que también sucede con el lenguaje musical. Cualquier persona que lo domine puede «oír» música leyendo una partitura.

La astrología y la alquimia, predecesoras de la astronomía y la química, desarrollaron su propia nomenclatura. No es de extrañar pues que hasta principios del siglo XIX los nombres y los signos de los elementos fueran heredados directamente de estas antiguas disciplinas. Muchos elementos se simbolizaban con los mismos signos que se utilizaban en astrología, otros fueron creados por los mismos alquimistas que, la mayoría de las veces, formaban cofradías secretas y utilizaban los símbolos para reconocerse entre ellos. El resultado de todo esto fue que la nomenclatura de los elementos se convirtió en un galimatías de nombres y símbolos que no todo el mundo compartía. Fue Berzelius (1779-1848), uno de los padres de la química, el que puso orden en este caos aportando dos ideas tan sencillas como útiles. La primera fue utilizar el latín para denominar los elementos, eliminando así las diferencias idiomáticas. La segunda idea fue que el símbolo vendría representado por la primera letra del nombre y que, en el caso que hubiera elementos que empezaran por la misma letra, la inicial estaría acompañada por una segunda letra minúscula. Por ejemplo: el carbono, del latín carbo, se simboliza con la letra C. El calcio, del latín calx, calis, cal, se simboliza como Ca o el cobre, del latín cuprum, como Cu.

Cuando se tiene un conjunto de símbolos bien estructurados, el siguiente paso es establecer una formulación (que es una forma de articulación) que aporte nueva información. El conjunto de signos M, S, A, E adquiere un significado preciso cuando se colocan en el siguiente orden: MESA. Lo mismo sucede con los símbolos Cl y Na cuando se escriben juntos: NaCl (cloruro sódico) o el hidrógeno H y el oxígeno O, que en la formulación H2O adquiere el significado de «agua».

De manera que a principios del siglo XIX la química ya había establecido un lenguaje universal para referirse a los elementos y un principio de formulación capaz de representar las relaciones que había entre algunos de ellos. La lista de elementos conocidos ya alcanzaba los 63. El nivel de conocimientos acumulados era espectacular, pero la lista de los elementos químicos era solo eso, una lista. El siguiente paso era poder clasificar todos estos elementos de alguna manera.

1 Representa el método de integración por partes.

LISTAS Y TABLAS

Es domingo por la tarde. Llueve. Aburrimiento. Decides emprender una tarea que tienes hace tiempo postergada. Vas a ordenar tu caja de fotografías. Bueno, eso era antes de la era digital, ahora te enfrentas con un montón de carpetas en tu ordenador que están llenas de archivos. Es parecido a lo que se hacía con la caja de diapos, con la diferencia de que en vez de tener como mucho un par de centenares, ahora te enfrentas a carpetas que contienen miles y miles de archivos. Poner orden es clasificar y por lo tanto lo primero que debes hacer es establecer un criterio de clasificación.

¡Glups!

Después de pensar un poco tomas una decisión: voy a poner en una carpeta todas las fotos de familia. Abres una nueva carpeta que etiquetas como «familia». Primera duda: ¿solo pueden salir miembros de mi familia o puedo incluir fotos en las que, por ejemplo, junto a mi hermano aparecen también un par de amigos? Porque ¿qué pasará si luego decido abrir una carpeta destinada solo a amigos? Como no tienes ganas de tomar esta decisión, pasas del tema y te pones a clasificar fotos de viajes. Parece más fácil. Decides empezar por los primeros viajes, cuando tú y tu pareja hicisteis el primer viaje. Aunque bien pensado sería mejor hacer una clasificación por los lugares visitados. Por países y ciudades. Es lo que tiene más sentido… o no. Después de haberte dedicado un buen rato a coquetear con diferentes criterios de clasificación lo más probable es que lo dejes todo como estaba. Ya te pondrás cuando tengas más tiempo y ganas. Más adelante, o sea... nunca. Es ciertamente una tarea agotadora porque la constante toma de decisiones es una de las funciones mentales que más energía consume.

La enorme facilidad que tenemos actualmente para acumular datos ha generado un problema de difícil solución, que no solo afecta a grandes organizaciones, sino que ha llegado a colarse en nuestra pequeña organización doméstica.

Enfoquemos el problema de otra manera. El archivo en el que están todas nuestras fotografías es un cajón de sastre que se puede convertir fácilmente en una lista (de hecho, ya lo es). Una lista es una secuencia ordenada de elementos. En una lista una cosa viene después de la otra. Ya tenemos una clasificación por defecto que es la secuencia temporal que nos proporciona la fecha en la que fue tomada cada fotografía. Algo es algo. A partir de ahí podemos establecer períodos temporales. Por ejemplo, las fotografías de antes y después de la universidad. Y a partir de aquí otros períodos, el de antes y el de después del nacimiento del primer hijo. Y si se tercia, lo mismo con los nietos. Si haces esto habrás dado un gran paso porque lo que tienes ya no solo es una lista, también puede ser una tabla en la que en las columnas tengas grupos de fotografías y en las filas distintos períodos temporales.

Algo parecido a esto sucedió con los elementos químicos. La primera lista no se hizo en función de la fecha del descubrimiento si no en función de algo mucho más relevante. Por entonces ya se había encontrado la manera de «pesar» los elementos mediante un sistema adecuado de unidades1. De manera que lo que siguió fue poder disponer de una lista ordenada en función de los pesos atómicos. Fue un gran paso, aunque la lista seguía siendo solo eso, una lista.

¿Y si ya tenemos una lista por qué nos empeñamos en querer una tabla? Porque una tabla contiene potencialmente más información que una lista, ya que no solo se pueden establecer diferentes relaciones entre los elementos, sino, lo que es más interesante, permite hacer predicciones.

Se sabía que los elementos tenían una forma peculiar de relacionarse unos con otros. Algunos reaccionaban con el agua de forma violenta, otros lo hacían más sosegadamente. Otros no reaccionaban con nada. Y otros ni siquiera se sabía para qué servían. Hay que tener en cuenta que el descubrimiento de partículas subatómicas, como electrones, protones y neutrones, fue relativamente tardío, por lo que las causas por las que unos elementos reaccionaban de una u otra manera eran desconocidas.

Se conocían los pesos atómicos con cierta precisión, pero había que encontrar algún tipo de periodicidad que permitiera establecer nuevas relaciones. Hubo varios intentos y se hicieron diferentes tablas, pero para construir «La tabla» hacía falta un visionario.

En marzo de 1869 Dmitri Ivánovich Mendeléyev hizo la siguiente declaración ante la Sociedad Química Rusa: «Los elementos dispuestos de acuerdo con el valor de sus pesos atómicos presentan una clara periodicidad de propiedades».

Mendeléyev había tenido una visión.

El artista visualiza el cuadro que todavía no ha pintado, el poeta siente una especial emoción ante una poesía que todavía no ha escrito, el músico oye una música que todavía no ha sido interpretada por ningún instrumento. Visualizar algo es el primer paso, luego hay que ponerse a trabajar para materializar aquello que se ha visualizado. El que la visión aparezca por sorpresa (nadie puede predecir el momento en que va a suceder) no quiere decir que acontezca de forma casual. La aparición del vapor en un recipiente con agua es algo repentino, pero es el resultado de haber estado calentando el agua durante cierto tiempo.

Cuando la mente persigue febrilmente un objetivo y las horas de trabajo se acumulan, hay un momento en que es obligado parar. No hacer nada. Es entonces cuando el cerebro se convierte en un auténtico hervidero. La actividad neuronal se dispara sin que seamos conscientes de ello. Es el momento propicio para que los resultados experimentales, las conjeturas teóricas, los caminos sin salida y los laberintos de la especulación adopten la forma de una visión que, en forma de síntesis, proporcione un resultado concluyente. Una visión te puede pillar durmiendo o en estado contemplativo, viendo cómo caen las manzanas de los árboles. Mendeléyev afirmó haber «soñado» la configuración de la tabla periódica que relacionaba los 70 elementos que se conocían entonces.

1 Establecer un sistema de medición es otro de los hitos fundamentales en el desarrollo de una ciencia.

MENDELÉYEV

Cualquiera que hubiera oído aquellos gritos procedentes del estudio habría pensado sin duda que quien estaba al otro lado de la gruesa puerta de madera estaba sufriendo un ataque de locura. Pero la asistenta, después de tantos años de trabajar en aquella casa, sabía que se trataba de un ejercicio controlado. Mendeléyev practicaba sus ataques de ira indiscriminada con la misma naturalidad con la que cualquiera dedica diez minutos diarios a hacer una tabla de gimnasia sueca. Afirmaba que esta forma de liberar energía le permitía mantener un razonable estado de salud mental.

Siberiano, descendiente de mongoles por vía materna, metro ochenta de estatura y complexión fuerte, frente amplia y ojos azules de mirada penetrante, todo ello enmarcado por una abundante melena y una frondosa barba. Eran los rasgos físicos de un hombre dispuesto a alcanzar sus propios objetivos.

El 19 de agosto de 1887 estaba previsto que hubiera un eclipse de sol, lo que, en su momento, fue considerado como un acontecimiento astronómico importante. Mendeléyev, que con anterioridad había estado trabajando en varias mejoras técnicas del globo aerostático de hidrógeno, se había propuesto atravesar las nubes y observar el eclipse en condiciones óptimas. Pero aquella mañana no solo amaneció nublado, sino que además una fuerte lluvia hacía prácticamente inviable la ascensión en globo. Mendeléyev, que no estaba dispuesto a renunciar al experimento, eliminó cualquier peso que pudiera lastrar al globo, lo que incluía también al piloto y que convertía aquella expedición científica en una aventura muy arriesgada. El globo ascendió directo a los cielos, pero no consiguió ganar la suficiente altura para superar la capa de nubes y la observación no se pudo llevar a cabo. Y Mendeléyev no se mató de milagro. Sin embargo, en los medios científicos aquel fracaso fue considerado como un acto heroico, hasta el punto de que la Academia de Meteorología francesa le otorgó una medalla.

Esta y otras muchas anécdotas (algunas rozando la leyenda) evidencian el carácter y el espíritu decidido de un científico que habría de superar muchas dificultades de carácter político, social y académico, si quería que su «obra maestra» viera la luz y pudiera traspasar cualquier tipo de fronteras.

Dmitri Ivánovich Mendeléyev nació el 8 de febrero de 1834, en Tobolsk, antigua capital de Siberia. Era el menor de trece hermanos (según las fuentes este número puede oscilar entre doce y diecisiete). Su padre, Ivan Pavlovich Mendeléyev, que fue durante varios años director del Gimnasio (escuela local) de Tobolsk, quedó ciego a los dos meses de nacer Dmitri, lo que obligó a su madre Mariya Dmitriyevna Kornileva a hacerse cargo de la economía familiar1. Para ello, recuperó un antiguo negocio de su padre, una fábrica de vidrio. Dmitri, que cumplía con sus obligaciones como estudiante, sin destacar especialmente en nada, mostró un gran interés en los procesos de la fabricación del cristal. Su madre, siempre que podía, se lo llevaba con ella a la fábrica. Allí estableció una intensa relación con un químico, que fue el primero que despertó su interés por la ciencia, un interés que muy pronto se convertiría en pasión, hecho que no pasó inadvertido a Mariya, que vio la necesidad de proporcionar a su hijo todos los medios que tenía a su alcance para que pudiera desarrollar su incipiente vocación.

Un inesperado accidente hizo que la fábrica acabara pasto de las llamas. Después de dejar en manos de sus hijos mayores el control de una economía doméstica de por sí bastante precaria, Mariya hizo las maletas y junto con Dmitri y su hija mayor inició el largo viaje (más de 3.000 kilómetros) hasta Moscú. Una vez allí intentó que Dmitri fuera admitido en la universidad, pero fracasó en el intento debido a su ascendencia siberiana. Por aquel entonces Rusia seguía unas directrices muy cuestionables en cuanto a la educación de su pueblo. Sus mandatarios creían que mantener en la más absoluta ignorancia a las clases bajas o a determinadas etnias era la mejor forma de garantizar el control. Mariya decide entonces probar suerte en la Universidad de San Petersburgo, en la que volvieron a encontrarse con el mismo muro de discriminación étnica. Fue gracias a la intervención de un viejo amigo de su marido, que por fin Mariya consiguió una beca para Dmitri en el Instituto Pedagógico de la ciudad. Y este fue el principio de la carrera académica de Mendeléyev.

Mariya Dmitriyevna Kornileva murió dos años después de haber conseguido su objetivo. Mendeléyev redactó para su madre una dedicatoria en uno de sus libros: «Instruía con el ejemplo, corregía con amor y para dedicar a su hijo a la ciencia dejó Siberia gastando sus últimos recursos y sus últimas fuerzas».

Mariya también había tenido su «visión» y la capacidad resolutiva de llevarla a cabo.

Mendeléyev tiene más de 400 publicaciones entre libros y artículos, muchos de ellos de divulgación. Su preocupación por la economía del país le llevó a establecer planes de desarrollo para la explotación del carbón. Apoyó a varios movimientos estudiantiles, lo que tuvo como consecuencia que perdiera su cátedra en la universidad. Fue director de la Oficina Central de Pesos y Medidas, en donde creó nuevos patrones de medición. Aumentó el rendimiento de las cosechas con nuevos fertilizantes. Investigó sobre los orígenes y la explotación del petróleo, vaticinando que este producto sería decisivo en las futuras economías de mercado. Estableció las bases químicas para la fabricación de la pólvora sin humo (Pyrocollodion). Participó en el diseño de barcos que podían viajar por el Ártico, anticipándose a los rompehielos.

Y también creó la tabla periódica de los elementos.

A partir de ahora ya no hablaré del casillero, sino de la tabla periódica de los elementos.

¿Y el casillero?

Guárdalo como recuerdo.

¿Ya no volveremos a la tienda?

No.

1 El abuelo de Mariya fue propietario de una de las primeras imprentas que hubo en Rusia.

LA TABLA

La tabla periódica de los elementos está considerada como una de las mejores clasificaciones que se han hecho en la historia de la ciencia. Las tablas que se utilizan actualmente en química son una versión mejorada de la que construyó Mendeléyev, en la que la disposición de los elementos tenía ya entonces una lógica interna. Los elementos que ocupaban una misma fila, al igual que los que compartían columnas, tenían propiedades comunes. Con el tiempo empezaron a aparecer discrepancias cuando los pesos atómicos de algunos elementos, como el berilio, el indio o el uranio, quedaron ubicados en lugares que no eran los que se esperaba. La respuesta de Mendeléyev ante este resultado fue tajante: «Esos pesos atómicos están mal calculados». El tiempo acabaría por darle la razón.

A mediados del siglo XIX todavía había muchos elementos por descubrir, lo que significaba que en la tabla quedaban huecos por rellenar. Los «cazadores» estaban al acecho de sus nuevas presas. Mendeléyev pudo ver en vida cómo el galio (1875), el escandio (1879) y el germanio (1886) ocupaban los huecos previstos en la tabla, según sus correspondientes pesos atómicos y preservando la periodicidad. Incluso cuando los gases nobles hicieron su aparición encajaron sin más problema en la última columna de la tabla.

Vivimos en un planeta que contiene casi la totalidad de los elementos de la tabla. Algunos compuestos como, por ejemplo, el sílice o el dióxido de carbono, se sintetizaron en la Tierra (sin nuestra intervención) y otros vinieron de fuera. Por ejemplo, el agua es de importación. Llegó a la Tierra en grandes contenedores (cometas y meteoritos). Por eso agua hay la que hay. Aunque tenga su propio ciclo de renovación, no vamos a fabricar más. En cambio, otros compuestos como el petróleo o el carbón, no se renuevan. Una vez se acaben se acabó1.

La construcción de seres vivos se lleva a cabo con muy pocos elementos del casillero: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre, sodio, potasio, fósforo (curiosamente la mayoría situados en la parte superior derecha de la tabla) y algún que otro elemento que, cuando interviene, lo hace en muy pequeñas proporciones.

Los elementos de la tabla son las piezas elementales con las que se construye la materia, lo que se puede «tocar». Pero hay que tener en cuenta que es necesaria la concurrencia de muchos, muchísimos átomos para poder tocar algo. No se puede tocar, por ejemplo, un átomo de hierro. Para que nuestros sentidos perciban algo de materia, aunque sea algo muy pequeño, debemos tener varios trillones de átomos juntos.

Hablo de tocar, porque es la forma más directa que tenemos de cerciorarnos de que algo existe como materia. Obviamente tenemos otros sentidos como el olfato, la vista o el gusto, que también nos permiten percibir objetos materiales.

Sabemos que la forma en cómo se unen las piezas en un juego de construcciones depende de la naturaleza de estas, de manera que vamos a tener que conocer, aunque sea de forma somera, cómo es la estructura de los átomos, ya que los elementos de la tabla están construidos a base de átomos.

1 Para ser más precisos, lo que sucede es que la formación de estos compuestos requiere de un tiempo que abarca eras geológicas que exceden con mucho nuestro tiempo de permanencia en la Tierra.

ÁTOMOS

Un átomo está formado por un núcleo y un conjunto de electrones que pululan a su alrededor. El núcleo es una piña formada por protones y neutrones (las bolas P y N).

Se puede visualizar un átomo como si fuera un sistema solar en miniatura, con el núcleo en el centro y los electrones describiendo órbitas circulares a su alrededor. Este fue el modelo que utilizó Bohr1 en su momento.

Según esto, un átomo de carbono se vería así:

Descubrimientos posteriores dieron al traste con esta imagen. Y es que los electrones son partículas de naturaleza tan escurridiza que ni siquiera pueden ser ubicados con precisión en un lugar concreto del espacio. Se mueven en el interior de «nubes» de diferentes formas que se corresponden con las zonas en la que hay más probabilidad de encontrarlos. Entender a fondo la estructura del átomo requiere adentrarse en los vericuetos de la mecánica cuántica, un mundo fascinante y de una singular belleza, pero que queda fuera de los objetivos de este libro. De manera que en lo que sigue voy a adoptar el tranquilizador modelo del sistema planetario en miniatura2. Sabemos que las cargas eléctricas del mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen. De manera que los electrones son atraídos por los protones del núcleo.

Tengo una pregunta.

Ahora no.

Los electrones poseen una cierta cantidad de energía que les permiten vencer la fuerza de atracción de los protones, por tanto, cuanta mayor sea la energía de un electrón más lejos estará del núcleo o, lo que es lo mismo, mayor será el radio de la órbita en la que se moverá.

La distribución de los electrones en las diferentes órbitas puede parecer caprichosa. Por ejemplo, los 29 electrones de un átomo de hierro se distribuyen así:

Hay reglas para saber cuántos electrones hay que colocar en cada una de las órbitas, pero aquí lo que nos interesa ahora es lo que sucede en la última.

1 Niels Bohr (1885-1962), físico danés que construyó el primer modelo atómico basado en conceptos cuánticos. Recibió el premio Nobel de Física en 1922.

2 Aun así, estas complejas formas de los orbitales se estudian actualmente en los cursos de Química de enseñanza secundaria. Un dato a tener en cuenta.

AISLADOS

Entre el núcleo y la última órbita de electrones hay una cierta distancia, lo que da sentido a poder hablar de radio atómico, una magnitud que, en principio, será diferente para cada átomo. En este sentido, se puede decir que hay átomos más grandes que otros. En el casillero, el radio disminuye cuando nos desplazamos hacia la derecha y aumenta cuando nos desplazamos hacia abajo. En términos relativos, las distancias que hay entre el núcleo y los electrones que orbitan en el último nivel son muy grandes. Si, por ejemplo, el núcleo midiera 10 cm, el radio de la órbita exterior debería medir unos 10 km. O sea que entre el núcleo y la última órbita hay una enorme distancia en la que solo hay electrones, que es como decir que no hay casi nada.

De manera que esto que llamamos materia es algo formado por un inmenso vacío en el que apenas hay nada tangible. Y, además, ese poco que hay ni siquiera lo podemos tocar. Cuando dos átomos se acercan el uno al otro, los electrones de la última capa de uno se aproximan a los electrones de la última capa del otro y como son cargas del mismo signo se repelen. En general las fuerzas de repulsión dependen de la distancia que separa los cuerpos, de manera que, en este caso, cuanto más intentemos acercar las cargas, mayor será la fuerza de repulsión entre ellas. La fuerza eléctrica, de la que luego hablaré más a fondo, es una fuerza extraordinariamente potente. A su lado, la fuerza de la gravedad es un chiste, especialmente en la distancia corta. Para hacer una comparativa a escala atómica: si la fuerza gravitatoria valiese 1, entonces la eléctrica valdría un billón de billón de billones de veces más. Además, repito, tiene la particularidad de aumentar escandalosamente cuando las cargas se aproximan. De manera que, de momento, aceptemos esta realidad: dos átomos no pueden tocarse nunca. Y dos objetos materiales tampoco, ya que están formados por átomos.

Pero yo veo que se tocan.

Solo lo parece. Es más una sensación que otra cosa.

Cuando pones la mano encima de una mesa, la nube de electrones de la última capa de tu mano está siendo repelida por la correspondiente nube de última capa de electrones de la superficie de la mesa. Cuando dos personas se dan la mano sucede lo mismo: electrones repeliendo electrones. Este es el sentido físico de la frase «caminamos sobre una nube de electrones» que, todo hay que decirlo, tiene un cierto toque poético.

De manera que en el mundo no existe la contigüidad. Todos los objetos están separados entre sí por una cierta distancia, que puede llegar a ser tan pequeña como se quiera, pero que nunca llega a ser cero. Los átomos, los protones, las estrellas o las galaxias son objetos aislados.

Y también los seres humanos.

Se trata de un aislamiento esencial del que todos tenemos una clara percepción. Aunque estemos rodeados de una infinidad de seres, animados e inanimados, sabemos que solo podemos establecer relaciones desde nuestro aislamiento esencial.

La posibilidad de poder abandonar este aislamiento es una entelequia que algunas corrientes filosóficas y la mayoría de las religiones se plantean como objetivo.